СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕАГЕНТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2000 года по МПК C09K7/02 

Изобретение относится к технологии производства реагентов для регулирования свойств буровых растворов, применяемых для бурения нефтяных и газовых скважин.

Известен ряд способов получения реагентов при модификации лигносульфонатов бихроматами. Но в некоторых используются высокотоксичные фенол и формалин, агрессивные сернокислые среды [1]. Недостатком других является высокотемпературная деструктивная сушка [2]. Полученные реагенты обладают низкой эффективностью в малоглинистых буровых растворах.

Известен способ приготовления реагента - стабилизатора, который включает окисление сульфат-спиртовой барды (лигносульфонатного компонента) бихроматами щелочных металлов [3].

Однако для ускорения реакции в данном способе используется большое количество солей многоосновных кислот (10-15%), что приводит к недостаточной разжижающей и стабилизирующей способности реагента.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения реагента для обработки буровых растворов, включающий окисление сульфит-спиртовой барды бихроматами щелочных металлов с последующей конденсацией, причем окисление и конденсацию осуществляют в течение 1 - 2 ч при 20 - 30^oC при pH 6 - 6,5 исходной сырьевой смеси в присутствии жирных кислот растительных масел при соотношении ингредиентов в растворе на сухое вещество, мас.%:
Cульфит-спиртовая барда - 72,5 - 75,8;
Бихромат щелочного металла) - 7,6 - 18,4;
Жирные кислоты растительных масел - 9,1 - 16,6.

Недостатком технического решения, взятого нами в качестве прототипа [4], является то, что вследствие завышенного pH и разбавления реакционной среды образуется реагент с низкой степенью поликонденсации и, как следствие, меньшей эффективностью стабилизации и снижения фильтрации буровых растворов. Кроме того реагент применяется в повышенных дозировках.

Задачей изобретения является получение эффективного термостабилизирующего реагента для оптимизации фильтрационных, реологических и смазочных параметров глинистых буровых растворов и ингибирования набухаемости глинистых отложений.

Поставленная задача в способе получения реагента для обработки буровых растворов на основе технических лигносульфонатов и бихроматов натрия, калия при перемешивании без нагрева путем окисления-восстановления и поликонденсации, решается тем, что процесс окисления - восстановления и поликонденсации осуществляют при pH реакционной смеси, равном 4,0 - 4,5 для вязкости 40 - 60 ПЗ, предварительно переведя технические лигносульфонаты добавлением воды и хлорида кальция в 40-45%-ые растворы на кальциевом основании при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Технические лигносульфонаты (сухого вещества) - 40 - 45;
Бихромат натрия, калия - 5 - 10;
Хлорид кальция - 2 - 3;
Вода - Остальное.

Поставленная задача также решается тем, что в реагент дополнительно вводят 3 - 7,5% жирных кислот талловых.

Поставленная задача также решается тем, что получение реагента завершают скоростным высушиванием.

Поставленная задача также решается тем, что скоростное высушивание осуществляют в течение 15 - 20 с в тонком слое на поверхности вращающегося полого барабана при температуре 80 - 100^oC, причем барабан, обогреваемый изнутри, частично погружен в раствор реагента, подаваемого в емкость под барабаном.

Поставленная задача также решается тем, что получение реагента завершают при разрыхлении утратившей текучесть резиноподобной массы на конечной стадии поликонденсации, высушиванием при температуре 18 - 30^oC с измельчением до порошковой дисперсности.

Использованы вещества:
- лигносульфонаты технические производства Котласского ЦБК марок "B" или "E" по ТУ 13-0281038-029-94;
- бихромат натрия (калия) по ГОСТ 2652-84;
- хлорид кальция по ГОСТ 450 - 87;
- кислоты жирные талловые производства Котласского ЦБК по ГОСТ 14845-79.

В таблице 1 приведены составы реагента согласно предлагаемому техническому решению и реагента аналога и прототипа. Диапазон содержания компонентов определяли экспериментально, исходя из критериев стабильности буровых растворов и комплексной технологической эффективности снижения фильтрации, набухаемости, повышения смазочных свойств. Изменение соотношения компонентов выше или ниже оптимальных (введенных в формулу технического решения) не улучшает качество буровых растворов и эффективность реагента.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Пример 1. (Получение состава "А"). К 100 г технических лигносульфонатов марки "Е" с сухим остатком 47 - 52% приливают 25 мл воды. Размешивают 3-5 мин. В разбавленные лигносульфонаты добавляют 2 г хлорида кальция. После 5-10 мин размешивания подсоленный раствор оставляют на 10-12 ч при комнатной температуре. Вводят 10 г бихромата натрия, размешивают до гомогенности. После 3-4 ч высушивания при 18 - 30^oC резиноподобный реагент разрыхляют для придания дисперсности комочков с диаметром 2-5 мм.

Пример 2. (Получение состава "Б"). Аналогичен примеру 1, но через 1 ч после введения бихромата натрия в раствор кальциевых лигносульфонатов в структурирующийся реагент с вязкостью 40-60 Пз вводят 5 г жирных кислот талловых. Размешивают 10-15 мин. Через 1 ч после набора упругой структуры реагент разрыхляют и высушивают при температуре 18 - 30^oC.

Пример 3. (Получение состава "В"). К 100 г лигносульфонатов марки "В" с массой сухого остатка 45 - 47% добавляют 10 мл воды, 7 мл жирных кислот талловых, размешивают 10-15 мин. Добавляют 7,5 г бихромата натрия. Размешивают 5-10 мин. Через 1 ч после набора структуры 40-50 Пз его подвергают кратковременному (10-15 с) высушиванию на поверхности цилиндрического полого металлического тела, разогретого изнутри до температуры 80 - 100^oC.

Пример 4. (Получение состава "Г").

Реакционная смесь с количественным составом ингредиентов, аналогичным примеру 1, высушивается при температуре 80 - 100^oC.

Пример 5. (Получение состава "Д").

Реакционная смесь с количественным составом ингредиентов, аналогичным примеру 2, высушивается при температуре 80 - 100^oC.

Данные (по табл. 2) проведенных лабораторных испытаний свидетельствуют о том, что реагент согласно изобретению обладает более высокими термостабилизирующими и смазочными свойствами, эффективнее снижает фильтрацию бурового раствора и набухаемость глинистых пород, чем известные реагенты [3, 4] близкого состава и назначения. При этом более высокая комплексная технологическая эффективность достигается добавкой 1,0 - 2,5% реагента согласно изобретению к объему бурового раствора, чем 5%-ми добавками известных реагентов-прототипов.

Высокая эффективность предлагаемого реагента, по-видимому, связана с образованием устойчивой высокомолекулярной (до 300000 ед. массы) поликонденсированной структуры, формирующейся в заявляемых техническим решением условиях кислотности и вязкости реакционной среды, количественном и качественном соотношении компонентов. При этом образуется большое количество активных функциональных групп. Реагент растворяется через кратковременную стадию набухания. Максимальная технологическая эффективность буровых растворов с его добавкой проявляется через 8 - 12 час после введения.

Техническое решение с приведенной в описании совокупностью признаков по данным анализа научно-технической литературы и патентных материалов неизвестно. Это позволяет сделать вывод о новизне заявляемого способа получения реагента.

Заявляемое техническое решение является оригинальным, позволяющим получить неожиданный эффект проявления смазочных и ингибирующих свойств бурового раствора за счет многофункциональности реагента на основе технических лигносульфонатов. Техническое решение отвечает требованиям критерия "изобретательский уровень".

Предлагаемое техническое решение отвечает критерию "промышленная применимость", т.к. может быть осуществлено промышленным способом с использованием известных технических средств и доступных материалов. Полученный из недорогих компонентов и при низких энергозатратах реагент имеет потенциально невысокую себестоимость. Может найти эффективное и широкое применение при бурении нефтяных и газовых скважин.

Заявляемое техническое решение в полной мере решает задачи, стоящие перед изобретением. В сравнении с прототипами позволяет повысить термостабилизацию буровых растворов, существенно улучшает их противофильтрационные, реологические, смазочные и ингибирующие качества (свойства).

Источники информации
1. Авторское свидетельство N 581134, М. кл. ⁶ C 09 K 7/02. Опубл. 25.11.77. Бюл. N 43 (аналог).

2. Описание изобретения к заявке RU 94014261, М.кл.⁶ C 09 K 7/00. Опубл. 27.12.95. Бюл. N 36 (аналог).

3. Авторское свидетельство N 546642, М. кл. ² C 09 K 7/00. Опубл. 15.02.77. Бюл. N 6 (аналог).

4. Авторское свидетельство N 956537, М. кл. ² C 09 K 7/00. Опубл. 07.09.82. Бюл. N 33 (прототип).

Способ относится к технологии производства реагентов для регулирования свойств буровых растворов, применяемых для бурения нефтяных и газовых скважин. Техническим результатом является получение эффективного термостабилизирующего реагента для оптимизации фильтрационных, реологических и смазочных параметров глинистых буровых растворов и ингибирования набухания глинистых буровых растворов и ингибирования набухания глинистых отложений. Способ получения реагента для обработки буровых растворов, состоящих из смеси технических лигносульфонатов-ТЛС, бихроматов натрия, калия, хлорида кальция и воды, поликонденсация которой осуществляется без нагрева при pH реакционной среды 4,0 - 4,5 до вязкости 40-60 Пз, с предварительным переводом ТЛС добавлением воды и хлорида кальция в 40 - 45%-ые растворы на кальциевом основания. Соотношение ингредиентов, мас. %: технические лигносульфонаты (сухого вещества) 40-45; бихромат натрия, калия 5 - 10; хлорид кальция 2-3; вода остальное, причем при модификации в реагент дополнительно вводят 3-7,5% жирных кислот талловых (лесохимического производства), получение реагента может быть завершено скоростным высушиванием, предпочтительно в течение 15-20 с в тонком слое на поверхности вращающегося полого барабана при 80 - 100°С, а барабан, обогреваемый изнутри, частично погружен в раствор реагента, подаваемого в емкость под барабаном, а также возможно, что получение реагента завершают при разрыхлении утратившей текучесть резиноподобной массы на конечной стадии поликонденсации и высушиванием при 18 - 30°С, и измельчением до порошковой дисперсности. Реагент является высокомолекулярным соединением - до 3000 ед. массы, растворяется через кратковременную стадию набухания. Дозировка 1 - 2,5% объема бурового раствора. Эффективен в интервале температур 10 -120^oC и содержании ионов кальция до 400 мг/л. Максимальная эффективность проявляется через 8 - 12 ч после введения в буровой раствор. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения реагента для обработки буровых растворов на основе технических лигносульфонатов и бихроматов натрия, калия при перемешивании без нагрева, путем окисления-восстановления и поликонденсации, отличающийся тем, что процесс окисления-восстановления и поликонденсации осуществляют при рН реакционной смеси, равном 4,0 - 4,5, до вязкости 40 - 60 Пз, предварительно переведя технические лигносульфонаты добавлением воды и хлорида кальция в 40 - 45%-ные растворы на кальциевом основании, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Технические лигносульфонаты (сухого вещества) - 40 - 45
Бихромат натрия, калия - 5 - 10
Хлорид кальция - 2 - 3
Вода - Остальное
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в реагент дополнительно вводят 3 - 7,5% жирных кислот талловых. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что получение реагента завершают скоростным высушиванием. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что скоростное высушивание осуществляют в течение 15 - 20 с в тонком слое на поверхности вращающегося полого барабана при 80 - 100^oC, причем барабан, обогреваемый изнутри, частично погружен в раствор реагента, подаваемого в емкость под барабаном. 5. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что получение реагента завершают при разрыхлении утратившей текучесть резиноподобной массы на конечной стадии поликонденсации высушиванием при 18 - 30^oC и измельчением до порошковой дисперсности.