РЕАГЕНТ КРАХМАЛОСОДЕРЖАЩИЙ МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ДЛЯ БУРЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК C09K8/35 

Настоящее изобретение относится к геологоразведке, нефтегазовой отрасли (бурению нефтяных и газовых скважин) и может быть использовано при изготовлении реагента для буровых растворов (в т.ч. безглинистых), а также других технологических жидкостей в различных отраслях промышленности, в которых используются крахмалосодержащие продукты.

Изобретение позволяет получать реагент крахмалосодержащий модифицированный для бурения с высокими потребительскими характеристиками и разработать высокоэффективный, экономичный способ получения реагента крахмалосодержащего модифицированного для бурения.

Наиболее близким по техническому решению к предложенному изобретению является реагент-стабилизатор буровых растворов [А.с. СССР №1838365, C09K 7/02, 1993] - прототип, который получают обработкой отхода зернового происхождения щелочной добавкой в водной среде. В качестве отхода зернового происхождения используют отход мукомольного производства со стадии зерноочистительного, или драного, или обогатительного, или шлифовочного, или размольного процессов и/или их произвольную смесь в количестве от 6 до 28 мас. % реагента. Щелочную добавку используют в количестве 0,6-6,8. Реагент может дополнительно содержать танинсодержащую добавку в количестве от 0,01 до 7,4 мас. % реагента и/или карбоновую кислоту (или ее соль) - 0,03-9,60 мас. % реагента, и/или дисперсную добавку - 4-36 мас. % реагента. Реагент вводят в буровые растворы в количестве 1,5 мас. % бурового раствора.

Недостатком известного реагента является то, что требуется предварительная клестеризация, усложняющая технологию его получения.

Наиболее близким по техническому решению к предложенному изобретению является композиция для приготовления крахмалосодержащего реагента для буровых растворов [А.с. СССР №1482929, C09K 7/00, 1989] - прототип, включающая (в мас. %): крахмалосодержащий компонент - зерновую основу 70-95, агримус - отход производства фурфурола из стержней початков кукурузы 5-30.

Недостатки - многокомпонентность, сложность получения и низкая эффективность реагента.

Таким образом, задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является получения реагента крахмалосодержащего модифицированного для бурения, обладающего хорошими потребительскими характеристиками (органолептическими и физико-химическими свойствами), а также разработка высокоэффективного и экономичного способа получения реагента крахмалосодержащего модифицированного для бурения.

Это достигается тем, что реагент крахмалосодержащий модифицированный для бурения, содержащий крахмалосодержащий компонент, отличающийся тем, что представляет собой однородный порошкообразный материал с размером частиц 0,67 мм, влажностью 10-12%, полностью растворимый в пресной воде при 20°C, динамической вязкостью 5%-го водного раствора реагента не менее 10 Па·с (600 об/мин OFITE) и концентрацией ионов водорода данного раствора не менее 6 pH-ед., обеспечивающий фильтрацию модельного соленасыщенного глинистого раствора (0,1 МПа) с концентрацией реагента 5-15 кг/м³ не более 5-8 см³/30 мин и условную вязкость этого раствора с концентрацией реагента 15 кг/м³ не более 50 с.

Способ получения реагента крахмалосодержащего модифицированного для бурения, предусматривающий обработку крахмалосодержащего сырья, отличающийся тем, что реагент получают в результате одно- или многократной экструзионной обработки крахмалосодержащего компонента с/без дополнительного компонента при 100-200°C (наиболее предпочтительная 110-150°C), частоте вращения шнеков 50-100 об/мин, диаметре фильеры - 1-6 мм с последующим дроблением и просеиванием или реагент получают в результате смешивания экструдатов, выработанных при различных технологических режимах экструзии, друг с другом или с нативным крахмалом, и/или добавлением 1-5 мас. % декстринов (амилодекстрин, и/или эритродекстрин, и/или ахроодекстрин, и/или мальтодекстрин).

Способ реализуется следующим образом.

В качестве сырья использовали:

1. Крахмалосодержащий компонент:

- крахмал картофельный ГОСТ 7699-78 (влажность 17-20%);

- крахмал кукурузный ГОСТ 7697-82 (влажность 13-16%);

- крахмал тапиоковый по техническому нормативному правовому акту (ТИПА);

- крахмал пшеничный по ТНПА;

- крахмал ржаной по ТНПА;

- крахмал ячменный по ТНПА;

- крахмал тритикалевый по ТНПА;

- крахмал рисовый по ТНПА;

- крахмал амарантовый по ТНПА;

- крахмал сорговый по ТНПА;

- крахмал нутовый по ТНПА;

- крахмал гороховый по ТНПА;

- крахмал бобовый по ТНПА;

- крахмал чумизный по ТНПА;

- крахмальные смеси различного соотношения по ТНПА;

- мука картофельная по ТНПА;

- мука кукурузная по ТНПА;

- мука тапиоковая по ТНПА;

- мука пшеничная по ТНПА;

- мука ржаная по ТНПА;

- мука ячменная по ТНПА;

- мука тритикалевая по ТНПА;

- мука рисовая по ТНПА;

- мука амарантовая по ТНПА;

- мука сорговая по ТНПА;

- мука нутовая по ТНПА;

- мука гороховая по ТНПА;

- мука бобовая по ТНПА;

- мука чумизная по ТНПА;

- мучные смеси различного соотношения по ТНПА;

- мезга картофельная по ТНПА;

- мезга кукурузная по ТНПА;

- смеси картофельной и кукурузной мезги но ТНПА;

- другие типы крахмалосодержащего сырья по ТНПА;

- различные типы декстринов (амилодекстрин, и/или эритродекстрин, и/или ахроодекстрин, и/или мальтодекстрин) по ТНПА;

2. Дополнительный компонент:

- агримус - отход производства фурфурола из стержней початков кукурузы по ТНПА;

- лигносульфонаты (соли лигносульфоновых кислот с молекулярной массой от 200 до 200000 и выше) - продукт переработки древесины в целлюлозно-бумажной промышленности, который вырабатывается из природного полимера лигнина по ТНПА;

- окись кальция (CaO) по ТНПА;

- алюмокалиевые квасцы (KAlSO₄)₂×12H₂O) по ТНПА;

- жидкое стекло по ТНПА;

- термостабильная бактериальная α-амилаза по ТНПА;

- катапин по ТНПА;

В качестве материалов использовали:

- сетка проволочная стальная тканая для мукомольной промышленности №067 по ТНПА;

- четырехслойные бумажные мешки по ТНПА;

- мягкий контейнер одноразового или многоразового использования с полиэтиленовым вкладышем по ТНПА;

- другие виды тары, упаковки и упаковочных материалов по ТНПА;

- нитки по ТНПА.

Аппаратурно-технологическая схема производства реагента крахмалосодержащего модифицированного для бурения, представленная на рисунке 1, включает площадку обслуживания 1, смеситель 2, конвейер винтовой 3, установку экструзионную 4, конвейер наклонный 5, бункер 6, конвейер либо пневматический транспортер 7, измельчитель с просеивателем и выносным конвейером 8, упаковочную машину 9.

Технологический процесс производства реагента включает следующие этапы: подготовка крахмалосодержащего сырья; просеивание; смешивание; магнитная очистка (сепарация) - проводят при необходимости; подача в накопительный (загрузочный) бункер; физическая модификация (экструдирование); измельчение; просеивание; взвешивание; упаковка; транспортирование и хранение.

Осуществляют проверку крахмалосодержащего сырья на соответствие ТНПА, просеивание компонентов и проводят загрузку сырья в накопительный (загрузочный) бункер, а далее в загрузочную воронку экструдера.

Магнитная очистка (сепарация) проводится при необходимости постоянными магнитами, толщина слоя 6-8 мм, скорость не более 0,5 м/с.

Экструдирование можно проводить на двухшнековом экструдере РЗ-КЭД-88, или на экструдерах ШТАК фирмы «Апрель», или любом другом аналогичном оборудовании при следующих технологических параметрах:

определяющие физико-химические и технологические показатели:

- рабочая температура 100-200°C (наиболее предпочтительная температура 110-150°C);

- частота вращения рабочих шнеков 50-100 мин^-1 (об/мин);

- диаметр используемой фильеры - 1-6 мм;

- процесс экструзии можно проводить с дополнительной подачей воды или без дополнительной подачи воды.

- процесс экструзии можно проводить с дополнительной подачей химических агентов или без дополнительной подачи химических агентов;

определяющие производительность экструзии:

- частота вращения режущего устройства 80-85 мин^-1 (об/мин);

- частота вращения шнека дозатора 90-95 мин^-1 (об/мин).

Физико-химические и технологические показатели готового продукта-экструдата определяются рабочей температурой экструзии, частотой вращения рабочих шнеков и диаметром используемой фильеры, а также наличием или отсутствием в процессе экструзии воды и химических агентов.

Для получения реагента крахмалосодержащего модифицированного для бурения при проведении экструзии крахмалосодержащего сырья допускается использование следующих дополнительных компонентов:

- алюмокалиевых квасцов по ТНПА;

- жидкого стекла по ТНПА;

- окиси кальция по ТНПА;

- агримуса по ТНПА;

- лигносульфонатов по ТНПА;

- катапина по ТНПА и др.

При этом частота вращения шнека дозатора и частота вращения режущего устройства характеризуют производительность технологического оборудования (экструдера) и не влияют на физико-химические и технологические характеристики готового продукта (экструдата).

Экструдат, полученный при различных технологических режимах (температура, частота вращения шнеков, диаметр фильеры), смешивают.

При необходимости возможно добавление 1-5 мас. % декстринов (амилодекстрин, и/или эритродекстрин, и/или ахроодекстрин, и/или мальтодекстрин). Так, в соответствии с молекулярной массой и свойствами различают следующие виды декстринов (расщепленного амилопектина):

1) амилодекстрин - окрашивается раствором йода в фиолетово-синий цвет, представляет собой белый порошок, растворимый в 25% растворе спирта, осаждается 40% раствором спирта, удельное вращение плоскости поляризации [α]²⁰ _D колеблется от +190° до +196°, восстановительная способность находится в пределах 0,6-2,0%;

2) эритродекстрин - окрашивается йодом в красно-бурый цвет, растворяется в 55% растворе спирта, осаждается 65% раствором спирта, из теплых спиртовых растворов он кристаллизуется в виде сферокристаллов, удельное вращение [α]²⁰ _D +194°, восстановительная способность составляет 1-3%;

3) ахроодекстрин - не окрашивается йодом, растворим в 70% растворе спирта, при выпаривании горячих спиртовых растворов образует сферокристаллы, удельное вращение плоскости поляризации [α]²⁰ _D +192°, восстановительная способность равна 10%;

4) мальтодекстрин - не дает реакции с йодом и не осаждается спиртом, удельное вращение плоскости поляризации [α]²⁰ _D +181 до +183°, восстановительная способность равна 36-43%.

После экструдирования реагент подают на охлаждающий транспортер и в накопительный бункер, а далее при помощи пневматического транспорта на измельчение. Измельчение экструдата проводится в дробилке молоткового типа с циклоном.

Измельченный реагент подают в бункер промежуточный. Далее реагент при необходимости просеивают через бурат с отверстиями сита 0,67 мм, а крупные фракции поступают на повторное измельчение.

Измельченный реагент поступал в бункер хранения и затем на взвешивание и упаковку.

Допускается упаковывание реагента в четырехслойные бумажные мешки без дополнительной упаковки в тканевые мешки при транспортировании только автомобильным транспортом на расстояние не более 350 км. Масса нетто реагента при этом не более 30 кг.

Допускается упаковывание реагента в мягкий контейнер одноразового или многоразового использования с полиэтиленовым вкладышем.

Масса нетто реагента в контейнере - не более 1 т.

Допускается использовать другие виды тары, упаковки и упаковочных материалов, разрешенные к применению.

Реагент транспортируют всеми видами крытого транспорта с соблюдением санитарных требований и в соответствии с правилами перевозки грузов, действующих на соответствующем виде транспорта.

При перевозке, погрузке и выгрузке реагент должен быть предохранен от атмосферных осадков. Не допускается перевозка реагента совместно с продуктами, обладающими специфическим запахом, а также использование транспортных средств, в которых транспортировались ядовитые или резко пахнущие грузы.

Реагент должен храниться в сухих, чистых и проветриваемых помещениях при температуре воздуха -30 до +30°C и относительной влажности не более 75%.

Срок годности реагента - 18 месяцев с даты изготовления.

Основные технологические характеристики готового реагента крахмалосодержащего модифицированного для бурения представлены в таблице 1. Так, готовый реагент крахмалосодержащий модифицированный для бурения содержит крахмалосодержащий компонент, представляет собой однородный порошкообразный материал с размером частиц 0,67 мм, влажностью 10-12%, полностью растворимый в пресной воде при 20°C, динамической вязкостью 5%-го водного раствора реагента не менее 10 Па·с (600 об/мин OFITE) и концентрацией ионов водорода данного раствора не менее 6 pH-ед., обеспечивающий фильтрацию модельного соленасыщенного глинистого раствора (0,1 МПа) с концентрацией реагента 5-15 кг/м³ не более 5-8 см³/30 мин и условную вязкость этого раствора с концентрацией реагента 15 кг/м³ не более 50 с.

Далее приведены примеры конкретного выполнения изобретения.

Пример 1

В качестве крахмалосодержащего компонента используют нативный картофельный крахмал.

Проводят выработку 36-ти экструзионных образцов. Основные параметры процесса экструзии при выработке образцов представлены в таблице 2.

При производстве экструзионных образцов в экструдер дополнительно не подавались вода и дополнительный компонент.

Выработанные образец-1, образец-2, образец-3, образец-4, образец-5, образец-6, образец-7, образец-8, образец-9, образец-10, образец-11, образец-12, образец-13, образец-14, образец-15, образец-16, образец-17, образец-18, образец-19, образец-20, образец-21, образец-22, образец-23, образец-24, образец-25, образец-26, образец-27, образец-28, образец-29, образец-30, образец-31, образец-32, образец-33, образец-34, образец-35 и образец-36 тщательно смешивают в соотношении 1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1.

Готовый продукт (реагент крахмалосодержащий модифицированный для бурения) дробят и просеивают, используя сетку проволочную стальную тканую для мукомольной промышленности №067.

Пример 2

В качестве крахмалосодержащего компонента используют нативный картофельный крахмал и нативный кукурузный крахмал.

Из нативного кукурузного крахмала проводят выработку экструзионного образца-25 (таблица 2) в результате пятиразовой последовательной экструзионной обработки без дополнительной подачи воды и дополнительного компонента и последующего дробления.

Нативный картофельный крахмал тщательно смешивают с образцом-25 в соотношении 1:1.

Готовый продукт (реагент крахмалосодержащий модифицированный для бурения) дробят и просеивают, используя сетку проволочную стальную тканую для мукомольной промышленности №067.

Пример 3

В качестве крахмалосодержащего компонента используют нативный картофельный крахмал и нативный тапиоковый крахмал.

Проводят выработку 36-ти экструзионных образцов (табл. 2). Из нативного картофельного крахмала получали образц-1-образец-20, а из нативного тапиокового - образец-21-образец-36.

При производстве экструзионных образцов в экструдер дополнительно подавалась вода. Экструзионная обработка крахмалосодержащего сырья проводилась без использования дополнительного компонента.

Выработанные образец-1, образец-2, образец-3, образец-4, образец-5, образец-6, образец-7, образец-8, образец-9, образец-10, образец-11, образец-12, образец-13, образец-14, образец-15, образец-16, образец-17, образец-18, образец-19, образец-20, образец-21, образец-22, образец-23, образец-24, образец-25, образец-26, образец-27, образец-28, образец-29, образец-30, образец-31, образец-32, образец-33, образец-34, образец-35 и образец-36 тщательно смешивают в соотношении 1:1:1:1:1:1:1:2:1:1:1:1:1:1:1:1:3:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:4:1:1:1:1:1:1:1:5.

Готовый продукт (реагент крахмалосодержащий модифицированный для бурения) дробят и просеивают, используя сетку проволочную стальную тканую для мукомольной промышленности №067.

Пример 4

В качестве крахмалосодержащего компонента используют нативный картофельный крахмал и картофельную муку.

Проводят выработку 20-ти экструзионных образцов (табл. 2). Из нативного картофельного крахмала получали образец-1-образец-10, а из картофельной муки-образец-27-образец-36.

При производстве экструзионных образцов из нативного картофельного крахмала в экструдер дополнительно подавалась вода, а при выработке экструзионных образцов из картофельной муки в экструдер подавался дополнительный компонент (алюмокалиевые квасцы) в количестве 2 мас. %.

Выработанные образцы смешивают в равном соотношении. Затем добавляют 5 мас. % декстринов (смеси амилодекстрина, эритродекстрина, ахроодекстрина и мальтодекстрина в соотношении 1:1:1:1) и тщательно перемешивают.

Готовый продукт (реагент крахмалосодержащий модифицированный для бурения) дробят и просеивают, используя сетку проволочную стальную тканую для мукомольной промышленности №067.

Пример 5

В качестве крахмалосодержащего компонента используют смесь нативного картофельного крахмала, картофельной муки и картофельной мезги в соотношении 3:1:1.

Проводят выработку экструзионных образца-1-образца-25 (табл. 2) в результате двухразовой последовательной экструзии и дробления. При первой и второй экструзии в экструдер подавался дополнительный компонент (алюмокалиевые квасцы) в количестве 5 мас. %. Полученный экструдат дробят на молотковой дробилке. Затем добавляют 3 мас. % эритродекстрина и тщательно перемешивают.

Готовый продукт (реагент крахмалосодержащий модифицированный для бурения) дробят и просеивают, используя сетку проволочную стальную тканую для мукомольной промышленности №067.

Все полученные в примерах 1-5 готовые реагенты крахмалосодержащие модифицированные для бурения, содержат крахмалосодержащий компонент, представляют собой однородный порошкообразный материал с размером частиц 0,67 мм, влажностью 10-12%, полностью растворимый в пресной воде при 20°C, динамической вязкостью 5%-го водного раствора реагента не менее 10 Па·с (600 об/мин OFITE) и концентрации ионов водорода данного раствора не менее 6 pH ед., обеспечивающий фильтрацию модельного соленасыщенного глинистого раствора (0,1 МПа) с концентрацией реагента 5-15 кг/м³ не более 5-8 см³/30 мин и условную вязкость этого раствора с концентрацией реагента 15 кг/м³ не более 50 с.

Таким образом, разработанный способ получения реагента крахмалосодержащего модифицированного для бурения высокоэффективен, экономичен и позволяет получать продукт с хорошими, стабильными потребительскими свойствами. Он может быть использован для приготовления различных технологических жидкостей в бурении, закачивании и ремонте скважин: жидкости буферные для глушения, гидроразрыва скважин, затворения и обработки тампонажных растворов, а также при гидравлическом разрыве пласта, изоляции притока пластовых вод.

Кроме того, предлагаемый реагент может быть использован в литейной промышленности в качестве стабилизатора формовочной смеси. Если реагент был получен без дополнительного компонента, то его также можно использовать в пищевой промышленности в качестве студнеобразователя, стабилизатора и загустителя при изготовлении мусов, йогуртов, желейных изделий, мороженого и т.п.

Группа изобретений относится к бурению нефтяных и газовых скважин. Технический результат - высокие технологические характеристики реагента для бурения, высокая эффективность и экономичность его получения. В способе получения реагента крахмалосодержащего модифицированного для бурения, предусматривающем обработку крахмалосодержащего сырья, реагент получают в результате одно- или многократной экструзионной обработки крахмалосодержащего компонента с/без дополнительного компонента при 100-200°C (наиболее предпочтительная температура 110-150°C), частоте вращения шнеков 50-100 об/мин, диаметре фильеры - 1-6 мм с последующим дроблением и просеиванием или реагент получают в результате смешивания экструдатов, выработанных при различных указанных выше технологических режимах экструзии, друг с другом или с нативным крахмалом, и/или с добавлением 1-5 мас. % декстрина или смеси декстринов, выбранных из группы: амилодекстрин и/или эритродекстрин, и/или ахроодекстрин, и/или мальтодекстрин. Реагент крахмалосодержащий модифицированный для бурения, содержащий крахмалосодержащий компонент, получен указанным выше способом и представляет собой однородный порошкообразный материал с размером частиц до 0,67 мм, влажностью 10-12%, полностью растворимый в пресной воде при 20°C, динамической вязкостью 5%-го водного раствора реагента не менее 10 Па·с (600 об/мин OFITE) и концентрацией ионов водорода в данном растворе не менее 6 pH-ед., обеспечивающий фильтрацию модельного соленасыщенного глинистого раствора (0,1 МПа) с концентрацией реагента 5-15 кг/м³ не более 5-8 см³/30 мин и условную вязкость этого раствора с концентрацией реагента 15 кг/м³ не более 50 с. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 5 пр.

1. Способ получения реагента крахмалосодержащего модифицированного для бурения, предусматривающий обработку крахмалосодержащего сырья, отличающийся тем, что реагент получают в результате одно- или многократной экструзионной обработки крахмалосодержащего компонента с/без дополнительного компонента при 100-200°C (наиболее предпочтительная температура 110-150°C), частоте вращения шнеков 50-100 об/мин, диаметре фильеры - 1-6 мм с последующим дроблением и просеиванием или реагент получают в результате смешивания экструдатов, выработанных при различных указанных выше технологических режимах экструзии, друг с другом или с нативным крахмалом, и/или с добавлением 1-5 мас.% декстрина или смеси декстринов, выбранных из группы: амилодекстрин и/или эритродекстрин, и/или ахроодекстрин, и/или мальтодекстрин.

2. Реагент крахмалосодержащий модифицированный для бурения, содержащий крахмалосодержащий компонент, отличающийся тем, что реагент получен способом по п. 1 и представляет собой однородный порошкообразный материал с размером частиц до 0,67 мм, влажностью 10-12%, полностью растворимый в пресной воде при 20°C, динамической вязкостью 5%-го водного раствора реагента не менее 10 Па·с (600 об/мин OFITE) и концентрацией ионов водорода в данном растворе не менее 6 pH-ед., обеспечивающий фильтрацию модельного соленасыщенного глинистого раствора (0,1 МПа) с концентрацией реагента 5-15 кг/м³ не более 5-8 см³/30 мин и условную вязкость этого раствора с концентрацией реагента 15 кг/м³ не более 50 с.