РЕАГЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВЫСОКОМИНЕРАЛИЗОВАННОГО БУРОВОГО РАСТВОРА Российский патент 1997 года по МПК C09K7/02 

Изобретение относится к технологии бурения скважин на нефть и газ, в частности к полимерам реагентам для обработки буровых растворов.

Известны реагенты для обработки высокоминерализованных буровых растворов на основе производных целлюлозы, наиболее распространенным из которых является карбоксиметилцеллюлоза [1]
Однако аналогичные реагенты не выдерживают хлоркальциевую агрессию и поэтому не способны стабилизировать буровые растворы, содержащие соли двухвалентных металлов.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является реагент, содержащий карбоксиметилцеллюлозу, щелочь, воду и агент модификатор, в качестве которого используется акриловый полимер-полиакрионитрил [2] Сополимеризация карбоксиметилцеллюлоза с полиакрилонитрилом в слабощелочной среде позволяет получить реагент, устойчивый к агрессии ионов кальция.

Недостатком известного реагента является низкая устойчивость к полиминеральной агрессии, т.е. он устойчив лишь в системах с содержанием ионов кальция до 5% мас. при высокой концентрации последних защитные функции реагента резко ухудшаются и совершенно неэффективным он становится в высокоминерализованных, многокомпонентных, содержащих одновременно ионы одно, -двух-и трехвалентных металлов, системах, таких, например, как природные подземные рассолы.

Целью изобретения является повышение устойчивости буровых растворов к полиминеральной агрессии.

Указанная цель достигается тем, что реагент содержит в качестве агента-модификатора смесь эпихлоргидрина и карбамида при следующем соотношении компонентов, мас.

карбоксиметилцеллюлоза 10 12
щелочь 1,25 1,5
эпихлоргидрин 1,0 2,1
карбамид 0,8 1,4
вода остальное
Продуктом взаимодействия карбоксиметилцеллюлозы с эпихлогидридрином и карбамидом в слабощелочной среде является гидроксиизопропилкарбоксиметилцеллюлоза (ГИПКМЦ) смешанный эфир целлюлозы, натриевой соли гликолевой кислоты и глицирина. ГИПКМЦ представляет собой белое с серым оттенком вещество порошкообразное или мелковулканистое с насыпной 350-500 кг/м³, растворимое в воде и концентрированных растворах галогенидов двухвалентных металлов, с общей формулой:
[C₆H₇O₂ (OH)_3-x-2y (CH₂COONa)_X (CH₂CH(OH) CH₂)_y]_n
В отличие от карбоксиметилцеллюлозы ГИПКМЦ дополнительно к карбоксиметильным группам содержит карбамоильные и гидроксипропильные. Благодаря такому набору гидрофильных заместителей новый реагент обладает способностью эффективно загущать и понижать водоотдачу высокоминерализованных растворов, в том числе рассолов галогенидов двухвалентных металлов с содержанием последних до 50% а также выдерживает агрессию ионов трехвалентных металлов железа и алюминия до массовой концентрации 1200 мг/л.

Технология получения реагента в виде пасты следующая.

Пример. В емкость заливают 769,5 л воды, добавляют 12,5 кг щелочи (едкого натрия) и 100 кг карбоксиметилцеллюлозы и перемешивают в течение 30 мин для равномерного набухания полимера. В отдельной емкости в 100 л воды растворяют 8 кг карбамида (мочевина, ГОСТ 2081-75) и смешивают с 10 кг эпихлоргидрида (ГОСТ 12844-74). Смесь эпихлоргидриа и карбамида порционно вводят в раствор карбоксиметилцеллюлозы при интенсивном перемешивании, затем состав нагревают до 80±5^oC и выдерживают при этой температуре также при непрерывном перемешивании 1,5-2 ч до получения однородной пасты влажностью 85%
Реагент может быть получен также в сухом виде.

Проверка эффективности реагента производилась путем обработки высокоминерализованных безглинистых буровых растворов различного солевого состава, в том числе насыщенных до предельной концентрации рассолов хлорида натрия, хлорида магния, хлорида кальция, природного рассола рапы Ковыктинского месторождения (состав рапы, мас. Ca²⁺ 15; Mg²⁺ 3,65; CI^- 37,25; K⁺ 0,33; Na⁺ 0,01; Br^- 0,7; Fe_общ 0,003; минерализация общая 570 кг/м³, pH 3,68). Критериями оценки являлись технологические показатели буровых растворов, полученных на основе вышеуказанных концентрированных рассолов, а также устойчивость данных буровых растворов к агрессии ионов трехвалентных металлов (Fe³⁺, AI³⁺), выражаемая в предельной концентрации указанных ионов, которую выдерживает буровой раствор без существенных изменений технологических свойств. В качестве источника ионов железа (алюминия) в испытуемый буровой раствор вводилось треххлористое железо (алюминий).

Результаты приведены в таблице.

Как видно из таблицы, оптимальные свойства высокоминерализованный буровой раствор имеет при содержании компонентов карбоксиметилцеллюлоза: щелочь: эпихлоргидрин: карбамид, равном, соответственно, (3-3,6): (0,38-0,45): (0,3-0,63): (0,24-0,42) массовых процентов, что в пересчете на реагент составляет (10-12): (1,25-1,5): (1,0-2,1): (0,8-1,4) соответственно. При таком составе ингредиентов устойчивость раствора к полиминеральной агрессии многократно превышает аналогичную устойчивость раствора, обработанного известным реагентом. При уменьшении содержания указанных ингредиентов ниже нижних пределов качество реагента ухудшается, что проявляется в снижении технологических характеристик бурового раствора (пример 1). Превышение концентрации выше заявляемых пределов также не дает положительного эффекта из-за ухудшения противофильтрационных свойств реагента (пример 9).

Как видно из таблицы (примеры 2-7 и 8), высокое качество реагента достигается при использовании карбоксиметилцеллюлозы различных марок КМЦ Торос-1, КМЦ-75/200.

К существенным отличиям предлагаемого реагента от известных в научной и патентной литературе технических решений относится заявляемый состав ингредиентов и их массовое соотношение друг с другом. Соблюдение рецептуры и изложенной выше технологии позволяет получить продукт, обладающий новыми, не известными ранее свойствами, в частности высокой устойчивостью к агрессии ионов не только 2-х но и 3- валентных металлов.

Использование: технология бурения скважин и предназначено для приготовления высокоминерализованных буровых растворов. Сущность: реагент для обработки высокоминерализованного бурового раствора содержит (мас.%): карбоксиметилцеллюлозу 10 - 12, щелочь 1,25 - 1,50, эпихлогидрин 1,0 - 2,1, карбамид 0,8 - 1,4 и воду - остальное. 1 табл.

Реагент для обработки высокоминерализованного бурового раствора, включающий карбоксиметилцеллюлозу, агент-модификатор, щелочь и воду, отличающийся тем, что в качестве агента-модификатора он содержит смесь эпихлоргидрина и карбамида при следующем соотношении исходных ингредиентов, мас.

Карбоксиметилцеллюлоза 10 12
Щелочь 1,25 1,50
Эпихлоргидрин 1,0 2,1
Карбамид 0,8 1,4
Вода Остальноел