Реагент-стабілізатор для мінералізованого бурового розчину та спосіб його одержання

Изобретение относится к технологии бурения скважин. Цель изобретения — повышение солестойкости и крепящих свойств реагента. Он содержит следующие ингредиенты при их соотношении, мас.%: полиакрилонитрил 7—16 ^ гидроксид щелочного металла 8-12; лигно сульфонат (ЛСФ) 4,0-14,0; нитрилотриметилфосфоновая кислота 5-16; вода остапьное. Для получения реагента производят щелочной гидролиз полиакрилонитрила в присутствии ЛСФ в течение 45-60 мин. Вводят ЛФС в реакционную смесь в кол-ве 20-25% от общей массы ЛСФ. Оставшееся К О Л - D O ЛСФ предварительно смешивают с нитрилотриметилфосфоновой кислотой при 65-70°С в течение 30-45 мин. Затем полученную смесь вводят в реакционную смесь и продолжают ее гидролиз 35-45 мин. Реагент представляет собой темно-коричневую жидкость. Данный реагент и способ его получения могут быть использованы для приготовления протипофильтрационных компонентов на основе глинистых пород при возведении различного рода защитных гидротехнических сооружений. 2 с.п. ф-лы, 1 з.п. ф-лы. 6 табл. лХіі-] 1 1377288 Изобретение относится к технологии бурения скважин, в частности к составам для бурения и способам получения реагентов при обработке буровых растворов, и может быть использовано в условиях действия повышенных температур и солевой агрессии. Цепь изобретения - повышение со10 лестойкости и крепящих свойств реагентов. Поставленная цель достигается предлагаемым реагентом, включающим полиакрилонитрил, гидроксид натрия, лигно-15 сульфонат, нитрилотриметилфосфоновую кислоту и воду, а также способом его получения. Согласно предлагаемому способу гидролиз ПАН проводят первоначально при 20 наличии 20,0-25,0% лигносульфонатов в течение 45-60,0 мин, а затем в гидролизную смесь вводят продукт взаимодействия при 65-70,0°С лигносульфонатов (75-80,0%) и нитрилотриметилфос- 25 фоновой кислоты и дополнительно продолжают омыление еще 35-50,0 мин. П р и м е р , Реагент получали следующим образом. 70,0 г предварительно измельченной 30 полиакрилонитрильнои ткани с размером волоко-н 1-2 мм помещали в колбу-реактор с обратным холодильником, куда добавляли 500,0 мл 16,0%-ного водного раствора гидроксида калия и 8,0 мл сульфит-спиртовой барды ССБ (20,0% от общего количества), разбавляли 260,0 мл дистиллированной водой (согласно расчета), подогревали до 95,0 С и перемешивали в течение 45,0 мин, Остальную часть ССБ 32,0 мл (80,0% от общего количества) обрабатывали в реакторе-смесителе при перемешивании и 65,0°С нитрилотриметилфосфоновои кислотой в количестве 50,0 г. Через 45 30,0 мин продукт взаимодействия лигносульфонатов с кислотой сливали в емкость-накопитель, откуда по истечение времени гидролиза (45,0 мин), сливали в первый реактор-смеситель 50 и продолжали дополнительно гидролиз полиакрилонитрила ПАН при 95,0°С 35,0 мин. Полученный таким образом реагентстабилизатор представляет собой одно- 55 родную темно-коричневую жидкость с удельным весом 1,12 г/см3 следующего состава, мас.%: полиакрилонитрил 7,0, гидроксид калия 8,0; ССБ 4,0*, нитри лотриметилфосфоновая кислота 5,0, вода остальное. В соответствии с ^указанным примером были приготовлены различные варианты реагента, отличающиеся количественным соотношением ингредиентов в и способами приготовления, результаты исследования которых изложены в табл. 1-6, В качестве ПАН использовали отходы трикотажного производства, обрезки тканевого материала на основе полиакрилонитрильных волокон, гидроокись щелочного металла (натрия или калия), нитрилотриметилфосфоновую ), р кислоту, лигносульфонаты (ССБ, СДБ), бентонит Черкасского месторождения. Глинистый буровой раствор с удельным весом 1,18-1,19 r/см^ приготавливали путем разбавления бентонитовой пасты дистиллированной водой и перемешивали на высокооборотной мешалке при 3000,0 об/мин в течение 2 ч. Попервого часа диспергирования в с л е систему вводили 2,0 мас.% СаСЦ и 20,0 мас.% NaCl. По истечении срока перемешивания такую композицию обрабатывали предлагаемым реагентом в количестве 8,0-10,0 мас.% и известным, после дополнительного диспергирования в течение 30,0-40,0 мин получали буровую композицию, пригодную к лабораторным испытаниям. Эксплуатационные характеристики бурового раствора, водоотдачу (Б, см 3 /30 мин) измеряли на приборе ВМ-6, предельное статическое напряжение сдвига (СНС ,j№ , дПа) - на приборе СНС-2, условную вязкость (УБ,с) - на стационарном вискозиметре СПВ-5, пластическую прочность образцов (Р ш ,Па), набухших в фильтрате стабилизированного бурового раствора, измеряли методом конического пластометра.Термообработку бурового раствора производили в автоклавах. Предварительное приготовление смесиПАН и щелочи при ограниченном количестве пигносульфонатов вызвано необходимостью уменьшения термодеструктивного воздействия щелочной среды на молекулярную цепь полимера и проведения гидролиза оптимального количества функциональных групп. При большем содержании лигносульфонатов (табл. 1 п. 1-4) понижается гидрофильность полимерной составляющей, что приводит к уменьшению активности pea 1377288 гента, В случае добавок нитрилотриДля обоснования граничных значеметилфосфоновой кислоты (далее в текний содержания компонентов предласте-кислота) на первом этапе модифигаемого состава реагента были провецирования ПАН происходит падение рН ,. дены опыты, идентичные вышеописансистемы, что затрудняет осуществленым технологии и примеру. Зависиние процесса гидролиза полимера. Вомость технологических характеристик доотдача минерализованной дисперсии бурового раствора от количественного (п.1-4) (В, см'/30 мин), обработанной состава компонентов реагента, ввореагентом, полученным согласно данно-jQ димого в буровой раствор, представлего варианта, даже при нормальных темны в табл. 3, где приведены также пературах превышает в несколько раз сравнительные результаты обработки допустимые пределы. Несколько лучшие минерализованного бурового раствора результаты получены (табл. 1, п.5,6) преддагаемым реагентом и известным. при обработке реакционной массы через]5 Заявляемые граничные значения ком45-60,0 мин смесью лигносульфонатов понентов реагента, полученного по и кислоты. Однако, эффективность стапредлагаемому способу, выбраны из билизации дисперсий таким реагентом условий его использования в буровых оказывается ниже (п.7,8) (УВ,с,В, растворах, работающих при повышенных см /30 мин, С Н С ^ о д П а ) по сравнению 20 температурах и солевой агрессии. Усс реагентом, полученным согласно тановлено, что добавки нитрипофоспредлагаемого способа. Только при тафоновой кислоты способствуют повышеком варианте гидролиза ПАН предлаганию уровня стабилизации предлагаемым емый состав реагента оказывается дореагентом буровой дисперсии за счет статочно устойчив к коагулирующему 25 нейтрализации коагулирующего дейстдействию солей при повышенных темпевия солей, особенно солей многоваратурах (п.11,12). лентных металлов, понижают возможность проявления пенообразования сиБуровой раствор, содержащий стемы. При недостатке нитрнлофосфоно2,0 мас.% СаС] 7 и 20,0 мас.% NaCl (А-А) (табл. 2) и содержащий 5,0 мае Л 30 вой кислоты (нитрилотриметилфосфоноFeClj и 20,0 мас.% NaCl (Б-Б)(табл.2), вой кислоты меньше нижнего предела, например, 3,0 мас.%, табл. 3, п.10) обработанный полученным реагентом укауменьшается гидрофильность реагента занного в примере состава в количестве в присутствии солей, что усложняет 8,0 мае.%, характеризуется следующими показателями: (А-А) - водоотдача (Б, ?е процесс регулирования технологических параметров таких буровых дисперсм г /30 М И Н ) 8,0; вязкость (УВ,с) 27,0, сий. Верхний предел содержания нитри(СНС wo дПа) 38/59; (Р т , ПА) 76,0, лофосфоновой кислоты (табл. 3 п.11) (Б-Б) - (В, см /30 мин) 6,0; вязкость зависит от концентрации электролита (УВ,с) 28,0, (СНС ,/1о ,дПа) 34/55, в объеме раствора и обусловлен не(Р т , Па) 76,0 (табл. 2 пп.З и 15).Как4о обходимостью сохранения щелочной сревидно из приведенных данных, испольды суспензии, а также экономической зование предлагаемого состава реагенцелесообразностью. та позволяет в значительной степени повысить термостойкость бурового раствора, а также способность последнего 45 укреплять породы, слагающих стенки скважин: водоотдача бурового раствора, минерализованного солями СаС1 7 в количестве 2,0 мас.% и NaCl 20,0мас.% (А-А) (табл. 2) и минерализованного 50 солями FeClo, в количестве 5,0 мас.% и NaCl 20,0 мас.2 (Б-Б) (табл. 2. П . П . 1 - 4 І 8-Ю*, 14-16) в 1,5-2,4 раза ниже водоотдачи такой же системы, но стабилизированной известным реаген55 том (табл. 2, пп.5-7, 11-13*17-19; 23-25), а вязкость и СНС 1jw предлагаемой композиции по сравнению с известной больше на 17,0-22,0%. При содержании в реагенте ПАН меньше нижнего предела, например 5^0 мас,%(табл. 3 п.4), получают продукт с пониженной стабилизирующей тиксотропностыо, особенно при повышенных температурах. Повышение добавок ПАН сверх расчетного количества (табл. 3, п.5) затрудняет процесс омыления полимера, что приводит к понижению относительного количества гидролизуемых групп в цепи полимера и ухудшению эффекта стабилизации минерализованных дисперсий. Предлагаемые концентрации гидроксидов натрия или калия необходимы для осуществления щелочного гидроли 1377288 за полимерного вещества. При недостатке в объеме гидроксида щелочного металла, например 6,0 мас.% (табл.3, п.6), усложняется процесс омыления функциональных групп полимера и получения макромолекул реагента линейного строения. Избыток щелочи в реакционном объеме (более 14,0 мас.%, табл. 3, п. 7) увеличивает щелочностью системы, что приводит к возрастанию набухания глинистых составляющих выбуренной породы, обусловливая увеличение вязкости промывочной жидкости и вероятность проявления прихватов. J5 Добавки лигносульфонатов способствуют увеличению адсорбционного взаимодействия в минерализованных растворах реагента с дисперсными частииами.Увеличение содержания в композиции pea- 20 гента лигносульфонатов вызывает при обработке бурового раствора усиленное пенообразование (табл. 3, п.9), тогда как недостаток ССБ (табл.3,п.8) приводит к понижению агрегативной 25 устойчивости дисперсной системы. Добавки лигносульфонатов на I этапе гидролиза Б количестве 25,0 мас.% позволяют обеспечить предподготовку макромолекул ПАН к поликонденсацион- зп ному взаимодействию последних с активированными лигносульфонатами (продукт взаимодействия ССБ или СДВ с нитрилофосфоновой кислотой) 9 а также уменьшить термодеструкцию полимера. Таким образом, удается защитить функ- 35 циональные группы ПАН от коагулирующего действия зтієктролитов и повысить тем самым солестойкость реагента (табл. 4, п. 3,4,9,10). При большем 40 содержании лигносульфонатов (более 25,0 мас.%) проявляется действие стерических факторов, затрудняющих процесс омыления полимера и обусловливающих понижение его гидрофильности, что, как видно из полученных резуль- 45 татов, ухудшает качество реагента (табл, 4, п. 5-8, 11-14). Выбор пределов температурного режима обработки лигносульфонатов нитрилофосфоновой кислотой при 65,050 70,0°С связан с необходимостью дополнительной активации молекул лигносульфонатов для повышения коагуляционной устойчивости межмолекулярного взаимодействия в объеме раствора при термо-55 солевой агрессии5 а также устранений проявпения пеноооразования. Верхний предел температуры выбран (70,0 С) из условий проведения процесса мягкого окисления ССБ, СДВ, тогда как при более низких температурах, например 50,0°С? осуществление процесса затрудняется. Время дополнительного гидролиза в течение 50,0 мин обусловлено необходимостью завершения процесса омыления полярных групп полимера и последующего поликонденсационного связывания их с активированными молекулами лигносульфонатов (табл. 3, п. 2-4, 11-12). Дальнейшее увеличение времени гидролиза приводит к термодесгруктивному разрушению полимерной составляющей и проявлениям пенообразования системы, что ухудшает качество получаемого продукта. Поэтому при обработке таким реагентом минерализованных дисперсий возникают затруднения в регулировании их технологических свойств и увеличивается расход реагента (табл.5, п. 5-10, 13-18). Верхние значения времени (45„0мин) процесса взаимодействия лигносульфонатов и иитрилофосфоновой кислоты, а* также температуры процесса (70,0°С) определены из условий экономической целесообразности, поскольку дальнейшее увеличение времени процесса ^табл, 6, п,4,5j11,12), а также его температура (табл. 6,п.6-9,13-16) не способствуют повышению качества предлагаемого реагента. Исходя из полученных результатов (табл. 1-6) можно отметить, что состав и способ получения реагента обусловливают его высокое качество за счет низких значений водоотдачи минерализованных композиций при повышенных температурах. Реагент дает возможность также более эффективно регулировать вязкость и СНС буровых растворов. Пластическая прочность образцов твердой фазы, обработанных предлагаемым реагентом, на 25-28,0% больше аналогичных показателей дисперсий, обработанных известным. Таким образом, использование предлагаемого реагента позволяет получать высококачественные буровые растворы при проводке нефтяных и газовых скважин в неустойчивых породах в условиях проявления солевой коагуляции и действия повышенных температур. Кроме того, предлагаемый реагент и способ его получения могут быть использованы для приготовления проти 1377288 вофильтрационных компонентов на основе глинистых пород при возведении различного рода защитных гидротехнических сооружений (пруды-шламонако. пители,-отстойники,-испарители и др.) с целью предохранения подземных водных источников от загрязнения отходами промышленных предприятий. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 10 1, Реагент-стабилизатор для минерализованного бурового раствора,включающий полиакрилонитрип, гидрооксид щелочного металла, лигносульфонат и воду, о т л и ч а ю щ и й с я тем, 15 что, с целью повышения солестойкости и крепящих свойств реагента, он'дополнительно содержит нитрилотриметилфосфоновую кислоту при следующем со20 отношении ингредиентов, мас.%: Полиакрилонитрил Гидроксид щелочного металла Лигносульфонат Нитрилотриметилфосфоновая кислота Вода /— і о 8-І 2 4-14 5-16 Остальное В 2„ Способ получения реагента-стабилизатора для минерализованного бурового раствора, включающий щелочной гидролиз полиакрилонитрила в присутствии лигносульфоната и нагрев реакционной смеси, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения солестойкости и крепящих свойств реагента, щелочной гидролиз полиакрилонитрила в присутствии лигносульфоната ведут в течение 45-60 мин, причем, лигносульфонат вводят в реакционную смесь в количестве 20-25% от общей массы лигносульфоната, а оставшееся количество лигносульфоната предварительно смешивают с нитрилотриметилфосфо нов ой кислотой, затем полученную смесь вводят в реакционную смесь и продолжают ее гидролиз в течение 35Д5 мин. 3. Способ по п. 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что смешение лигносуль25 фоната и нитрилотриметилфосфоновой кислоты проводят при 65-7О°С в тече• ние 30-45 мин. Т * й л ыц а1 Технологические свойства бурового раствора, мкяералкзои&ниого СОЛЯНІЇ КаСІ 25..О мас,І СаСІ, 2^0 м а с , * , обработанного в , 0 мас.З предлагаемого реагента, ш зависимости от вариантов доО&вок в гидролнзьуш смесь лнгносульфоиатов и китрнлофосфоновон кислоты п/п Состав реагента, нас.2 ПАН I КаОН Вода 1 7,0 в,0 2 16,0 (2,0 3 7,0 8,0 76,0 4 16,0 12,0 42,0 5 7,0 0,0 6 16 t 0 12,0 7 7,0 8,0 8 16,0 12,0 Варианты добавок Технологические свойства О/рового р-ра ССБ 76,0 Добавки ССБ и кислоты вначале гидролиза Кислота УВ, с 8, си'/30 Р„10», Па 5,0 25,0 32,0 35/46 53,0 16,0 32,0 27,0 40/54 57,0 4,0 5,0 29,0 23,0 37/56 61,0 14,0 16,0 35,0 20,0 41/57 64,0 4,0 5,0 27,0 23,0 39/52 67,0 14,0 16,0 29,0 18,0 40/58 69,0 4,0 5,0 27,0 7,0 33/52 71,0 14,0 16,0 5,0 35/57 77,0 30,0 2В,0 36/43 65,0 34,0 23,0 ЗЯ/49 66,0 25,0 9,0 35/58 74,0 27,0 7,0 3 7/34 75,0 42,0 ЛоОавка ССБ вначале гшгоолиэа, 14,0 кислоты через 45-60, О mm 76,0 Добавка продукта вэаимодействия С Н н кислоты через ' ЬС 42,0 60,0 мин гидролиза 76,0 Добавки 20-25* ССВ вначале гидролиза, а через 45-60 мин 42,0 продукт вэаимодст. ССБ - и кислоты После терностатнрования-лри 175-180,0лС 9 10 И М 7,0 8,0 76,0 Согласно п.5 4,0 5,0 16,0 12,0 42,0 Согласно п.6 14..0 Ї6,О 8,0 76,0 Согласно п.7 4,0 5,0 16,0 12,0 42,0 Согласно п.8 14,0 16,0 7,0 10 1377288 Т а б л и ц а 2 Технологические свойства бурового раствора, обработанного предлагаемым реагентом и известным в присутствии солей А-А (NaCl 20,0 мас.£ и СаС1 2 2,0 мас.%) и Б-Б