СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕШАННЫХ ХРОММЕТАЛЛСОДЕРЖАЩИХ ЛИГНОСУЛЬФОНАТНЫХ РЕАГЕНТОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2000 года по МПК C09K7/02 

Предлагаемое изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к реагентам для химической обработки буровых растворов.

Известны способы получения смешанных хромметаллсодержащих лигносульфонатных реагентов - понизителей вязкости и регуляторов структурно-механических свойств буровых растворов с использованием реакций окисления и замещения. Основной металловводимый окисляющий агент - соединения 6-и валентного хрома. Другим вводимым металлом может быть железо, алюминий и др.

Общая схема получения таких модифицированных металлсодержащих лигносульфонатов сводится к двум основным вариантам. По первому варианту в лигносульфонат вводят сначала соль металла (железо, алюминий и др.), затем проводят окисление в кислой среде соединениями хрома. По второму - первоначально окисляют лигносульфонаты хромовыми соединениями, затем добавляют соли металлов, например, сульфат железа, алюминия и др. При необходимости после окончания процесса реакционную массу нейтрализуют щелочью. (Дж. Р. Грей, Г. С. Г. Дарли. Состав и свойства буровых агентов промывочных жидкостей. - М.: Недра, 1985, с. 489).

Так известен способ получения хромжелезосодержащего лигносульфоната - феррохромлигносульфоната (Я.А. Рязанов Справочник по буровым растворам. - М. : Недра, 1979, с. 87) путем обработки лигносульфонатов двухвалентным сернокислым железом и бихроматом натрия.

Недостатком данного способа является то, что создающаяся в реакционной массе окислительно-восстановительная система из Fe²⁺ и Gr⁶⁺ работает "сама на себя", переводя железо и хром в трехвалентные формы и, таким образом, бихромат натрия практически не осуществляет свои функции окислителя лигносульфонатов. Это приводит к тому, что уменьшается возможность комплексообразования лигносульфонатов с катионами поливалентных металлов и тем самым ухудшается качество образующегося феррохромлигносульфоната как реагента для обработки буровых растворов.

Наиболее близким аналогом для заявленного способа является способ получения смешанных хромжелезосодержащих лигносульфонатных реагентов для обработки буровых растворов путем окисления лигносульфонатов соединениями шестивалентного хрома в кислой среде, взаимодействие образующегося хромлигносульфоната с сернокислым железом, подщелачивание и высушивание (патент США N 3035042).

Основной недостаток известного технического решения заключается в следующем: введение солей поливалентных металлов (железо, алюминий и др.) после стадии окисления к образующемуся хромлигносульфонату приводит к созданию сложного полиядерного комплекса с "жесткой" фиксированной структурой, что обусловливает его низкую подвижность при сорбционном взаимодействии с поверхностью глинистых минералов, и, как следствие, идет ухудшение разжижающих свойств реагента.

Задачей изобретения является осуществление процесса синтеза смешанных хромметаллсодержащих лигносульфонатов, при котором обеспечивается получение металлсодержащих комплексных соединений окисленных лигносульфонатов с "мягкой" лабильной структурой.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения смешанных хромсодержащих лигносульфонатных реагентов для обработки буровых растворов, включающем стадии окисления лигносульфонатов соединениями шестивалентного хрома в кислой среде и взаимодействие образующегося хромлигносульфоната с солями поливалентных металлов с последующим подщелачиванием и высушиванием, после стадии окисления лигносульфонатов соединениями шестивалентного хрома в кислой среде в реакционную массу вводят продукты взаимодействия солей поливалентных металлов с лигносульфонатами - металлсодержащие лигносульфонаты. При этом в качестве последних используют продукты взаимодействия лигносульфонатов с солями алюминия или железа или их смесью, причем их вводят в количестве, необходимом для получения в конечном продукте массового соотношения между хромом и алюминием или железом, или суммой алюминия и железа 1: 0,05-0,5, предпочтительно 1 : 0,05-0,1, а суммарное содержание хрома и алюминия и/или железа в конечном продукте составляет 2,5-3,5 мас.%, соотношение алюминия и железа составляет 0,1-99,9 : 0,1-99,9 мас.%, предпочтительно 40-60 : 40-60 мас.%.

В качестве лигносульфонатов используют технические лигносульфонаты (ЛСТ) натрия, кальция, калия и аммония (ТУ 13-0281036-29-94), а солей поливалентных металлов - хлористые, азотнокислые, преимущественно сернокислые соли железа и алюминия.

Анализ известных способов получения смешанных хромметаллсодержащих лигносульфонатных реагентов для бурения показывает, что ввод после стадии окисления лигносульфонатов соединениями 6-и валентного хрома продуктов взаимодействия солей поливалентных металлов - металлсодержащих лигносульфонатов, вместо самих солей поливалентных металлов, неизвестен.

При такой процедуре, когда окисленный в кислой среде соединениями 6-и валентного хрома и замещенный хромом лигносульфонат (хромлигносульфонат) взаимодействует не со свободными катионами поливалентных металлов, а со связанными катионами металлов, находящимися в составе другой порции лигносульфонатов, достигается формирование подвижной, лабильной металлокомплексной структуры лигносульфонатного реагента. Подобная структура, в отличие от прочной жесткопостроенной, когда используются соли поливалентных металлов, позволяет металлам легко фиксироваться на поверхности глины, не утрачивая связи с лигносульфонатами и координируя их. Образовавшиеся на поверхности глины высокогидрофильные слои лигносульфонатов закрывают активные участки глины и тем самым обеспечивают проявление новыми смешанными хромметаллсодержащими лигносульфонатами более сильного разжижающего эффекта, чем в случае известных технических решений.

Примеры осуществления способов получения смешанных хромметаллосодержащих лигносульфонатных реагентов.

Пример 1.

В реактор при перемешивании загружают 100 мас. ч. 50%-ного водного раствора ЛСТ, 6,7 мас.% концентрированной серной кислоты в виде 15-20%-ного раствора, 4,0 мас.ч. бихромата натрия и ведут процесс окисления при 30-40^oC в течение 3-4 часов. Затем вводят предварительно полученный продукт взаимодействия 2,3 мас.ч. сернокислого алюминия с лигносульфонатом, перемешивают 1 час при той же температуре и подщелачивают до pH 4-5 гидроокисью натрия. По окончании процесса реакционную массу высушивают известным способом на распылительной сушилке.

Пример 2.

В реактор при перемешивании загружают 100 мас.ч. 50%-ного водного раствора ЛСТ, 6,7 мас. ч. концентрированной серной кислоты в виде 15-20%-ного раствора, 3,2 мас.ч. бихромата натрия и ведут процесс окисления при 30-40^oC в течение 3 часов. Затем вводят предварительно полученный продукт взаимодействия 2,5 мас.ч. сернокислого железа с лигносульфонатом, перемешивают 1 час при 30^oC и подщелачивают до pH 4-6 гидроокисью натрия. После чего реакционную массу высушивают известным способом на распылительной сушилке.

Аналогичным образом осуществляют получение смешанных хромжелезоалюминийсодержащих лигносульфонатных реагентов.

В табл. 1 приведены примеры составов хромсодержащих реагентов, а в табл. 2 и 3 их влияние на свойства пресных и ингибированных различными солями буровых растворов.

По сравнению с прототипом во всех данных по новым составам сильнее проявляется эффект разжижения, что видно из замеров по условной вязкости и статического напряжения сдвига.

Способ относится к области бурения нефтяных и газовых скважин и может использоваться для бурения скважин, обеспечивая эффективное регулирование свойств буровых растворов. Техническим результатом является обеспечение управляемого процесса кислотной поликонденсации лигносульфонатов с формальдегидом и соконденсирующим агентом, приводящего к получению реагентов, постоянных по составу и качественным характеристикам, с высокими эксплуатационными свойствами. В способе получения хромметаллсодержащих лигносульфонатных реагентов для обработки буровых растворов, включающем стадии окисления лигносульфонатов соединениями шестивалентного хрома в кислой среде и взаимодействие образующегося хромлигносульфоната с солями поливалентных металлов с последующим подщелачиванием и высушиванием, после стадии окисления лигносульфонатов соединениями шестивалентного хрома в кислой среде в реакционную массу вводят продукты взаимодействия солей поливалентных металлов с лигносульфонатами - металлсодержащие лигносульфонаты. В качестве последних используют продукты взаимодействия лигносульфонатов с солями алюминия или железа или их смесью, причем их вводят в количестве, необходимом для получения в конечном продукте массового соотношения между хромом и алюминием или железом или суммой алюминия и железа 1:0,05 - 0,5, предпочтительно 1 : 0,05 - 0,1, а также суммарное содержание хрома и алюминия и/или железа в конечном продукте составляет 2,5-3,5 мас.%, соотношение алюминия и железа составляет 0,1-99,9 : 0.1-99,9 мас.%, предпочтительно 40-60 : 40-60 мас.%. 5 з.п.ф-лы, 3 табл.

1. Способ получения смешанных хромметаллсодержащих лигносульфонатных реагентов для обработки буровых растворов, включающий стадии окисления лигносульфонатов соединениями шестивалентного хрома в кислой среде и взаимодействие образующегося хромлигносульфоната с солями поливалентных металлов с последующим подщелачиванием и высушиванием, отличающийся тем, что после стадии окисления лигносульфонатов соединениями шестивалентного хрома в кислой среде в реакционную массу вводят продукты взаимодействия солей поливалентных металлов с лигносульфонатами - металлсодержащие лигносульфонаты. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве металлсодержащих лигносульфонатов используют продукты взаимодействия лигносульфонатов с солями алюминия или железа или их смесью, причем их вводят в количестве, необходимом для получения в конечном продукте массового соотношения между хромом и алюминием или железом или суммой алюминия и железа - 1 : 0,05 - 0,5. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что соли алюминия или железа или их смесь вводят в количестве, необходимом для получения в конечном продукте массового соотношения между хромом и алюминием или железом, или суммой алюминия и железа 1 : 0,05 - 0,1. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что суммарное содержание хрома и алюминия и/или железа в конечном продукте составляет 2,5 - 3,5 мас.%. 5. Способ по любому из пп. 1 - 4, отличающийся тем, что соотношение алюминия и железа составляет 0,1 - 99,9 : 0,1 - 99,9 мас.%. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что соотношение алюминия и железа составляет 40 - 60 : 40 - 60 мас.%.