ekipЭкология и промышленность РоссииEcology and Industry of Russia1816-03952413-6042ООО "Калвис"10.18412/1816-0395-2022-8-32-39ekip-2155Research ArticleНАУЧНЫЕ РАЗРАБОТКИSCIENTIFIC DEVELOPMENTSВлияние добавок модифицированных гидролизных лигнинов на функциональные характеристики буровых растворов на водной основеImpact of Modified Hydrolytic Lignins Additives on the Functionality of Water-Based Drilling FluidsМинаковА.В.MinakovA.V.

канд. физ.-мат. наук, директор

Cand. Sci. (Phys.-Math.), Director

podpiska@kalvis.ruМихиенковаЕ.И.MikhienkovaE.I.

ст. преподаватель

Senior Lector

podpiska@kalvis.ruСкоробогатоваА.Д.SkorobogatovaA.D.

инженер

Engineer

podpiska@kalvis.ruГузейД.В.GuzeyD.V.

науч. сотрудник

Research Scientist

podpiska@kalvis.ruЖигаревВ.А.ZhigarevV.A.

ст. преподаватель

Senior Lector

podpiska@kalvis.ruКалякинаО.П.KalyakinaO.P.

канд. хим. наук, доцент

Cand. Sci. (Chem.), Associate Professor

podpiska@kalvis.ruКузьминА.П.KuzminA.P.

зав. лабораторией

Head of Laboratory

podpiska@kalvis.ruСудаковаИ.Г.SudakovaI.G.

ст. науч. сотрудник

Senior Research Fellow

podpiska@kalvis.ruКузнецовБ.Н.KuznetsovB.N.

д-р хим. наук, профессор

Dr. Sci. (Chem.), Professor, Head of Research Area

podpiska@kalvis.ruСибирский федеральный университетРоссияSiberian Federal UniversityRussian FederationИнститут химии и химической технологии СО РАНРоссияInstitute of Chemistry and Chemical Technology, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationФИЦ КНЦ СО РАНРоссияFederal Research Center, Krasnoyarsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2022040820222683239Copyright © ООО "Калвис", 20222022ООО "Калвис"ООО "Калвис"https://www.ecology-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.ecology-kalvis.ru/jour/article/view/2155

Представлены результаты систематического экспериментального исследования по влиянию добавок модифицированного гидролизного лигнина на функциональные характеристики глинистых и глинополимерных буровых растворов на водной основе. Образцы исходного и модифицированного гидролизного лигнина охарактеризованы с использованием методов химического и элементного анализа, ИКС, СЭМ, БЭТ. Установлено, что добавки исходного и модифицированного гидролизного лигнина позволяют уменьшить фильтрационные потери, снизить коэффициент трения, ингибировать процессы набухания и повысить устойчивость глинистых буровых растворов.

Systematic field studies results of the impact of modified hydrolysis lignin additives on mud and polymer mud drilling fluids functionality were presented. Samples of the original and modified hydrolytic lignin were determined by chemical and elemental analysis, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, and BET. It was concluded that the additives of the original and modified hydrolytic lignin can reduce filtrationloss quality, reduce the friction coefficient, inhibit the swelling behavior, and increase the stability of mud drilling fluids.

гидролизный лигнинмодификацияокислительнаящелочнаябуровые растворыфункциональные свойствафильтрацияустойчивостьhydrolysed ligninmodificationoxidizingalcalidrillings fluidsfuncitonalityfiltrationsustainabilityReferencesBajwa D., Pourhashem G., Ullah A., Bajwa S. A concise review of current lignin production, applications, products and their environmental impact. Ind. Crop. Prod., 2019.139. 111526. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.1115Bajwa D., Pourhashem G., Ullah A., Bajwa S. A concise review of current lignin production, applications, products and their environmental impact. Ind. Crop. Prod., 2019.139. 111526. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.1115Krutov S.М., Voznyakovskii А.P., Gordin А.А., Savkin D.I., Shugalei I.V. Environmental problems of wood biomass processing. Waste processing lignin. Russ. J. Gen. Chem. 2015. 85 (13). Р. 2898—2907. https://doi.org/10.1134/ S1070363215130058.Krutov S.М., Voznyakovskii А.P., Gordin А.А., Savkin D.I., Shugalei I.V. Environmental problems of wood biomass processing. Waste processing lignin. Russ. J. Gen. Chem. 2015. 85 (13). Р. 2898—2907. https://doi.org/10.1134/ S1070363215130058.Михиенкова Е., Скоробогатова А., Гузей Д., Жигарев В., Минаков А., Калякина О., Кузьмин А., Судакова И., Кузнецов Б. Применение модифицированных гидролизных лигнинов в качестве компонентов буровых растворов на водной основе. Экология и промышленность России. 2021. Т. 25. № 10. С. 15—19. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2021-10-15-19.Михиенкова Е., Скоробогатова А., Гузей Д., Жигарев В., Минаков А., Калякина О., Кузьмин А., Судакова И., Кузнецов Б. Применение модифицированных гидролизных лигнинов в качестве компонентов буровых растворов на водной основе. Экология и промышленность России. 2021. Т. 25. № 10. С. 15—19. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2021-10-15-19.Yu O., Kim K.H. Lignin to Materials: A Focused Review on Recent Novel Lignin Applications. Appl. Sci. 2020. 10. 4626. https://doi.org/10.3390/app10134626.Yu O., Kim K.H. Lignin to Materials: A Focused Review on Recent Novel Lignin Applications. Appl. Sci. 2020. 10. 4626. https://doi.org/10.3390/app10134626.Padilha C.E. de A., Nogueira C. da C., Alencar B.R.A., de Abreu Н.B.S., Dutra E.D., Ruiz J. A. C., de Santana Souza D.F., dos Santos E.S. Production and Application of Lignin-Based Chemicals and Materials in the Cellulosic Ethanol Production: An Overview on Lignin Closed-Loop Biorefinery Approaches. Waste and Biomass Valorization. 2021. 12. Р. 6309—6337. https://doi.org/10.1007/s12649-021-01455-5.Padilha C.E. de A., Nogueira C. da C., Alencar B.R.A., de Abreu Н.B.S., Dutra E.D., Ruiz J. A. C., de Santana Souza D.F., dos Santos E.S. Production and Application of Lignin-Based Chemicals and Materials in the Cellulosic Ethanol Production: An Overview on Lignin Closed-Loop Biorefinery Approaches. Waste and Biomass Valorization. 2021. 12. Р. 6309—6337. https://doi.org/10.1007/s12649-021-01455-5.Камбулов E.Ю., Мязин T.O. Проблемы сервиса буровых растворов в условиях импортозамещения. Нефтяное хозяйство. 2017. 9. С. 76—81. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2017-9-76-81.Камбулов E.Ю., Мязин T.O. Проблемы сервиса буровых растворов в условиях импортозамещения. Нефтяное хозяйство. 2017. 9. С. 76—81. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2017-9-76-81.Zhang R., Gao L., Duan W., Hu W., Du W., Gu X., Zhang J., Chen G. The Application of Ferric Chloride-Lignin Sulfonate as Shale Inhibitor in Water-Based Drilling Fluid. Molecules. 2019. 24(23). 4331. https://doi.org/10.3390/molecules24234331.Zhang R., Gao L., Duan W., Hu W., Du W., Gu X., Zhang J., Chen G. The Application of Ferric Chloride-Lignin Sulfonate as Shale Inhibitor in Water-Based Drilling Fluid. Molecules. 2019. 24(23). 4331. https://doi.org/10.3390/molecules24234331.Gautam S., Guria Ch., Rajak V.K. A state of the art review on the performance of high-pressure and high-temperature drilling fluids: Towards understanding the structure-property relationship of drilling fluid additives. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2022. 213. 110318. https://doi.org/10.1016/ j.petrol.2022.110318.Gautam S., Guria Ch., Rajak V.K. A state of the art review on the performance of high-pressure and high-temperature drilling fluids: Towards understanding the structure-property relationship of drilling fluid additives. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2022. 213. 110318. https://doi.org/10.1016/ j.petrol.2022.110318.Chang X., Sun J., Xu Z., Zhang F., Wang J., Lv, K., Dai Z. A Novel Nano-lignin-based Amphoteric Copolymer as Fluid-loss Reducer in Water-Based Drilling Fluids. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2019. 123979. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.12.Chang X., Sun J., Xu Z., Zhang F., Wang J., Lv, K., Dai Z. A Novel Nano-lignin-based Amphoteric Copolymer as Fluid-loss Reducer in Water-Based Drilling Fluids. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2019. 123979. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.12.Hasan A., Fatehi P. Flocculation of kaolin particles with cationic lignin polymers. Scientific Reports, 9(1). https://doi.org/10.1038/s41598-019-39135-z.Hasan A., Fatehi P. Flocculation of kaolin particles with cationic lignin polymers. Scientific Reports, 9(1). https://doi.org/10.1038/s41598-019-39135-z.He W., Gao W., Fatehi P. Oxidation of Kraft Lignin with Hydrogen Peroxide and its Application as a Dispersant for Kaolin Suspensions. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2019. 5(11). Р. 10597—10605. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng. 7b02582.He W., Gao W., Fatehi P. Oxidation of Kraft Lignin with Hydrogen Peroxide and its Application as a Dispersant for Kaolin Suspensions. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2019. 5(11). Р. 10597—10605. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng. 7b02582.Mohamad Ibrahim M.N., Idris A., Mohamad Yusof N.N., Saaid I.М.В. Lignin Graft Copolymer as a Drilling Mud Thinner for High Temperature Well. Journal of Applied Sciences. 2006. 6. Р. 1808—1813. https://doi.org/10.3923/jas.2006.1808.1813.Mohamad Ibrahim M.N., Idris A., Mohamad Yusof N.N., Saaid I.М.В. Lignin Graft Copolymer as a Drilling Mud Thinner for High Temperature Well. Journal of Applied Sciences. 2006. 6. Р. 1808—1813. https://doi.org/10.3923/jas.2006.1808.1813.Mohamad Ibrahim M.N., Lim S.L., Ahmed-Haras M.R., Fayyadh F.S. Preparation and characterization of lignin graft copolymer as a filtrate loss control agent for the hydrocarbon drilling industry. BioRes. 2014. 9(1). Р. 1472—1487. https://doi.org/10.15376/biores.9.1.1472-1.Mohamad Ibrahim M.N., Lim S.L., Ahmed-Haras M.R., Fayyadh F.S. Preparation and characterization of lignin graft copolymer as a filtrate loss control agent for the hydrocarbon drilling industry. BioRes. 2014. 9(1). Р. 1472—1487. https://doi.org/10.15376/biores.9.1.1472-1.Delgado N., Ysambertt F., Ochoa R., Chávez G., Bravo B., Santos J., García D.E. Esterified lignins from Pinus caribaea as bentonite dispersing agents. Clay Minerals. 2018. 53(01). Р. 1—25. https://doi.org/10.1180/clm.2018.3.Delgado N., Ysambertt F., Ochoa R., Chávez G., Bravo B., Santos J., García D.E. Esterified lignins from Pinus caribaea as bentonite dispersing agents. Clay Minerals. 2018. 53(01). Р. 1—25. https://doi.org/10.1180/clm.2018.3.Sakakibara M.A. Chemistry of lignin. Wood and cellulosic chemistry. New York, Basel: Marcel Dekker. 1991. P. 111—168.Sakakibara M.A. Chemistry of lignin. Wood and cellulosic chemistry. New York, Basel: Marcel Dekker. 1991. P. 111—168.El Mansouri N.-E., Salvadу J. Analytical methods for determining functional groups in various technical lignins. Industrial Crops and Products. 2007. 26(2). Р. 116—124. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2007.02El Mansouri N.-E., Salvadу J. Analytical methods for determining functional groups in various technical lignins. Industrial Crops and Products. 2007. 26(2). Р. 116—124. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2007.02Huang Y., Wang L., Chao Y., Nawawi D. S., Akiyama T., Yokoyama T., Matsumoto Y. Analysis of Lignin Aromatic Structure in Wood Based on the IR Spectrum. Journal of Wood Chemistry and Technology. 2012. 32(4). Р. 294—303. https://doi.org/10.1080/02773813.2012.666316.Huang Y., Wang L., Chao Y., Nawawi D. S., Akiyama T., Yokoyama T., Matsumoto Y. Analysis of Lignin Aromatic Structure in Wood Based on the IR Spectrum. Journal of Wood Chemistry and Technology. 2012. 32(4). Р. 294—303. https://doi.org/10.1080/02773813.2012.666316.Тептерева Г.А., Шавшукова С.Ю., Бадикова А.Д., Хафизов А.Р., Конесев Г.В., Злотский С.С. Модификация лигносульфонатов буровых промывочных жидкостей при эксплуатации нефтегазовых скважин на месторождениях Республики Башкортостан Вестник Академии наук РБ. 2018. 26(1). С. 57—66.Тептерева Г.А., Шавшукова С.Ю., Бадикова А.Д., Хафизов А.Р., Конесев Г.В., Злотский С.С. Модификация лигносульфонатов буровых промывочных жидкостей при эксплуатации нефтегазовых скважин на месторождениях Республики Башкортостан Вестник Академии наук РБ. 2018. 26(1). С. 57—66.Фролов М.П., Войтенко Д.Н., Шепелев В.И., Прошин А.О., Хохлов А.В. Оценка методов расчета объема бурового раствора при проектировании нефтяных и газовых скважин. Бурение и нефть. 2020. №11. С. 19—24.Фролов М.П., Войтенко Д.Н., Шепелев В.И., Прошин А.О., Хохлов А.В. Оценка методов расчета объема бурового раствора при проектировании нефтяных и газовых скважин. Бурение и нефть. 2020. №11. С. 19—24.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.