СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕАГЕНТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГЛИНИСТЫХ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2024 года по МПК C09K8/35 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к производству реагентов для обработки глинистых буровых растворов, применяемых для промывки скважин.

Известен способ получения реагента, включающий взаимодействие лигносульфоната с содержанием 0-7,5 мас.ч. сульфата железа, с модифицирующим агентом акриловой кислотой, метилакрилатом, акрилонитрилом в водной среде с предварительной продувкой аргоном при нагревании до 97-100°С путем привитой радикальной сополимеризации в присутствии инициатора реакции перекиси водорода, охлаждение до 25°C с последующей сушкой до порошкообразного состояния. Массовое соотношение лигносульфоната и модифицирующего агента составляет 10:10 - 10:0,5, количество инициатора реакции 0,15-2,8 мас.ч. [RU 2211852, С1, кл. С09К 7/00, 2003 «Способ приготовления реагента для обработки буровых растворов»].

Недостатком способа получения реагента является отсутствие эффективной разжижающей способности при введении малых навесок реагента в глинистый раствор.

Известен способ получения реагента, основанный на получении привитого сополимера из лигнина, включающий реакцию лигноцеллюлозного материала с акриловым соединением при температуре от 60°С до 100°С в атмосфере азота в присутствии неокисляющей сильной органической кислоты в качестве катализатора. Реакционную смесь разделяют раствором цинка для получения твердой фазы, главным образом содержащей лигноцеллюлозные материалы и жидкой фазы, содержащей привитой сополимер из лигниниа и непрореагировавшее акриловое соединение. Жидкую фазу подвергают выпариванию для получения привитого сополимера из лигнина [RU 2538268 С2, кл. С09К 8/02, 2015 «Способ получения гелеобразующего и загущающего агента для бурового раствора и получаемый продукт»].

Недостатком способа получения реагента является сложность процесса получения и выделения готового продукта, отсутствие способности реагента снижать показатель условной вякости при введении в глинистый буровой раствор.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения реагента для обработки буровых растворов, включающий приготовление водно-щелочной суспензии путем смешения полиакрилатов, водорастворимых гуматов, щелочного агента и диспергированием в в воднощелочную суспензию модифицированного лигносульфоната натрия в следующем соотношении, мас. % (на сухие вещества): полиакрилаты 11-24, водорастворимые гуматы 40-45, модифицированные лигносульфонаты (ферро-, хром- или феррохромлигносульфонаты) 35-42, щелочной агент остальное [RU 2189381 С1, кл. С09K 7/02, 2002 «Способ получения полимерного реагента-стабилизатора глинистых буровых растворов»].

Получаемый реагент неспособен стабилизировать буровой раствор в условиях высоких температур и минерализации.

Технической проблемой изобретения является разработка способа получения реагента для обработки глинистых буровых растворов с достижением следующего технического результата: снижение показателя фильтрации с сохранением разжижающих свойств реагента в условиях высоких температур (до 180°С) и минерализации (до 30 мас. % NaCl).

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения реагента для обработки глинистых буровых растворов, включающем приготовление водной суспензии поликонденсированного модификатора и водного раствора лигносульфоната натрия с последующим высушиванием ее до порошкообразного состояния, согласно изобретению предварительно для получения поликонденсированного модификатора проводят процесс поликонденсации акриламида и формалина технического, представляющего собой водный раствор с массовой долей формальдегида 36,5-37,5%, в присутствии яблочной кислоты при температуре 90±5°С в течение 3 ч при мольном соотношении акриламид : формалин : яблочная кислота 1:1:1, далее в полученный поликонденсированный модификатор порционно при постоянном перемешивании добавляют 50%-ный водный раствор лигносульфоната натрия в соотношении по массе сухих веществ поликонденсированный модификатор : лигносульфонат натрия 40 мас.% : 60 мас.% при температуре процесса 60±5°С и продолжительности 2 ч.

Предложенный способ обеспечивает получение реагента для обработки буровых растворов, обладающего эффективным снижением показателей фильтрации и условной вязкости и устойчивостью к повышенным температурам (до 180°С) и действию водорастворимых солей поливалентных металлов (до 30 мас. % NaCl, 2,5 мас. % СаСl₂).

В качестве исходных компонентов для получения продукта поликонденсированного модификатора использовали: акриламид, представляющий собой бесцветные кристаллы: температура плавления, в пределах 82-86°С, точка кипения: 125°С (25 мм рт.ст.), плотность - 1,322 г/см³, растворимость в воде - 216 г/100 мл, pH: 5,0-7,0; формалин технический (СН₂О) ГОСТ 1625-2016 представляет собой водный раствор с массовой долей формальдегида, 36,5-37,5%, массовая доля железа, не более 0,0005%; яблочная кислота ГОСТ 32748-2014, с массовой долей основного вещества, не менее - 99,0%; температура плавления от 127 до 132°С.

В качестве основного компонента использовали лигносульфонат натрия производства ОАО «Сяський ЦБК» ТУ-13-0281036-029-94 с массовой долей сухих веществ, не менее - 47%; плотность, не менее - 1230 кг/м³, pH водного раствора, не менее - 4,4, вязкость условная, в пределах - 50-320 с.

Анализ известных способов получения лигносульфонатных реагентов повышенной термостойкости и устойчивых к минерализации для буровых растворов показывает, что способ модифицирования лигносульфоната натрия путем введением модифицирующей добавки на основе продукта поликонденсации акриламида с формалином в присутствии яблочной кислоты, неизвестен.

При таком способе модифицирования лигносульфоната натрия поликонденсированным модификатором на основе акриламида и формалина в присутствии яблочной кислоты обуславливается повышение общего молекулярного веса активной основы и суммарное увеличение функциональных групп: амидных и карбоксильных. Дополнительные ионогенные группы, вводимые в состав реагента-понизителя вязкости взаимодействуют с атомами кристаллической решетки глины, тем самым связывая определенное количество воды из жидкой фазы, что способствует снижению условной вязкости глинистого раствора.

Проведение представленного способа получения реагента на основе поликонденсированного модификатора с последующим введением 50%-ного водного раствора лигносульфоната натрия приводит к появлению новых функциональных групп (COO, -CONH₂, -СООН, - NH), которые обуславливают высокую адсорбцию его на частицах глины, обеспечивая высокую разжижающую способность реагента. В то же время введение модифицирующего компонента в лигносульфонат натрия способствует повышению общего молекулярного веса, усилению водоудерживающей способности, что усиливает влияние на фильтрационные свойства глинистых растворов.

Наличие в составе модифицированного лигносульфоната реакционных групп, в том числе дополнительно введенных за счет модификации, способных к образованию координационных связей с поливалентными металлами минеральных солей приводит к образованию водорастворимых комплексных соединений, способствующих повышению устойчивости реагента к действию минерализации.

Пример осуществления способа получения реагента для обработки глинистых буровых растворов.

В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой и термометром, загружают 71 г (1 моль) акриламида и 120 мл (1 моль) формалина. Затем добавляют 134 г (1 моль) яблочной кислоты. Процесс поликонденсации проводят при постоянном перемешивании поддерживая температуру 90±5°С в течение 3 ч. Далее в реакционную массу поликонденсированного модификатора порционно, при постоянном перемешивании, добавляют 50%-водный раствор лигносульфоната натрия - 475 г (в пересчете на сухое вещество). Соотношение поликонденсированный модификатор:лигносульфонат натрия, по массе сухих веществ, составляет 40 мас. %:60 мас. %. Реакционную массу выдерживают, при постоянном перемешивании, поддерживая температуру 60±5°С в течение 2 ч. По достижении времени, готовый реагент высушивают до порошкообразного состояния.

Образование продукта поликонденсации экспериментальной модифицирующей добавки установлено методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Анализ ВЭЖХ проводился на хроматографе Shimadzu LC-20 (Shimadzu, Япония) со спектрофотометрическим диодно-матричным детектором. С увеличением времени процесса поликонденсации (180 мин) отчетливо прослеживается образование и динамика накопления нового продукта (пик 4 и 5) - получаемого модификатора на основе акриламида и формалина в присутствии яблочной кислоты. Результаты образования нового продукта, сравнительных хроматограмм проб поликонденсированного модификатора относительно исходных компонентов представлены на фигуре.

В процессе получения реагента варьировались соотношения основных исходных компонентов: акриламид от 65 до 80 г; формалин от 80 до 120 мл; яблочная кислота от 120 до 134 г; лигносульфонат натрия от 475 до 600 г, а также температура от 30 до 90°С и продолжительность процесса от 2 до 6 ч.

В таблице 1 приведены примеры составов опытных реагентов, а в таблице 2-4 их влияние на свойства глинистого бурового раствора в условиях высоких температур и минерализации.

По результатам таблицы 1 оптимальным режимом при проведении процесса поликонденсации является образец №3: акриламид - 71 г, формалин - 120 мл, яблочная кислота - 134 г, температура процесса - 90°С, продолжительность процесса - 3 часа.

Оптимальным режимом модификации лигносульфоната натрия поликонденсированной добавкой является (образец №10), соотношение компонентов поликонденсированный модификатор : лигносульфонат натрия, по массе сухих веществ, составляет 40 мас. % : 60 мас. % соответственно, температура процесса - 60°С, продолжительность процесса - 2 ч.

Таким образом, показана принципиальная возможность получения реагента для обработки глинистых буровых растворов на основе поликонденсированной добавки на основе акриламида и формалина в присутствии яблочной кислоты с последующим ведением лигносульфоната натрия.

Для определения термостабильности испытуемых реагентов в качестве исходного был использован глинистый раствор (ИГР), приготовленный из Серпуховского глинопорошка марки ПБМВ со следующими параметрами: УВ=62 с, η=21 мПа⋅с, τ₀=168 дПа, СНС_1/10=72/125 дПа, ПФ=25 см³/30 мин (таблица 2).

На основании полученных результатов в таблице 2, установлено, что исходный лигносульфонат при введении 1 мас. % навески в глинистый раствор способен снижать показатель фильтрации с 25 см³/30 мин до 16 см³/30 мин, а показатель условной вязкости с 62 до 50 с, однако воздействие температуры (180°С) вызывает загустевание глинистого раствора.

Ввод в состав лигносульфоната поликонденсированной модифицирующей добавки способствует устойчивости глинистого раствора при действии температуры до 180°С и эффективно снижает показатели фильтрации - 9 см³/30 мин и условной вязкости - 38 с, относительно прототипа: показатели фильтрации - 9,5 см³/30 мин и условной вязкости - 96 с.

Эффективность действия модифицированного лигносульфонатного реагента на реологические параметры глинистых буровых растворов в присутствии солеагрессивных сред объясняется образованием в глинистых растворах устойчивых ассоциатов благодаря наличию в лигносульфонате большого числа различных функциональных групп.

Влияние реагента рассматривалось относительно выбранного прототипа с варьированием введения в глинистый раствор навески от 1 мас. % до 2 мас. %, в который были добавлены неорганические соли NaCl (10-30 мас. %) и CaCl₂(2,5 мас. %) (таблица 3-4).

При рассмотрении влияния представленных образцов на глинистые растворы с содержанием NaCl от 10 до 30 мас. % можно сделать следующие выводы: наибольшая эффективность регулирования параметров глинистого минерализованного раствора достигается введением 2 мас. % добавки реагента, снижающего показатели фильтрации от 26 до 9,5 см³/30 мин и условной вязкости от 42 до 32 с (при 30 мас. % NaCl), в отличие от прототипа, снижающего показатель фильтрации до 13,5 см³/30 мин и не обладающего способностью снижать показатель условной вязкости.

Аналогичное влияние лигносульфонатов на глинистые растворы в присутствии CaCl₂.

По результатам проведенных испытаний (таблица 4) установлено, что при воздействии на глинистый раствор 2,5 мас. % CaCl₂ модифицированный лигносульфонатный реагент характеризуется эффективной способностью снижать показатель фильтрации с 32 до 10 см³/30 мин, а показатель условной вязкости с 98 с до 37 с при введении 2 мас. % навески относительно прототипа.

Комплекс проведенных экспериментов показал, что опытный реагент, для обработки глинистых буровых растворов на основе поликонденсированного модификатора на основе акриламида, формалина и яблочной кислоты с последующим введением лигносульфоната натрия, является высокоэффективным реагентом для улучшения качества буровых промывочных жидкостей в условиях высоких температур (от 20 до 180°С) и минерализации (10-30 мас. % NaCl; 2,5 мас. % CaCl₂).

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к производству реагентов для химической обработки буровых растворов в различных горно-геологических условиях. Технический результат - эффективное регулирование показателей вязкости и фильтрации глинистых буровых растворов в условиях температурной и минеральной агрессии. В способе получения реагента для обработки глинистых буровых растворов, включающем приготовление водной суспензии поликонденсированного модификатора и водного раствора лигносульфоната натрия с последующим высушиванием ее до порошкообразного состояния, отличающемся тем, что предварительно для получения поликонденсированного модификатора проводят процесс поликонденсации акриламида и формалина технического, представляющего собой водный раствор с массовой долей формальдегида 36,5-37,5%, в присутствии яблочной кислоты при температуре 90±5°С в течение 3 ч при мольном соотношении акриламид : формалин : яблочная кислота 1:1:1. Далее в полученный поликонденсированный модификатор порционно при постоянном перемешивании добавляют 50%-ный водный раствор лигносульфоната натрия в соотношении по массе сухих веществ поликонденсированный модификатор : лигносульфонат натрия 40 мас.% : 60 мас.% при температуре процесса 60±5°С и продолжительности 2 ч. 1 ил., 4 табл., 1 пр.

Способ получения реагента для обработки глинистых буровых растворов, включающий приготовление водной суспензии поликонденсированного модификатора и водного раствора лигносульфоната натрия с последующим высушиванием ее до порошкообразного состояния, отличающийся тем, что предварительно для получения поликонденсированного модификатора проводят процесс поликонденсации акриламида и формалина технического, представляющего собой водный раствор с массовой долей формальдегида 36,5-37,5%, в присутствии яблочной кислоты при температуре 90±5°С в течение 3 ч при мольном соотношении акриламид : формалин : яблочная кислота 1:1:1, далее в полученный поликонденсированный модификатор порционно при постоянном перемешивании добавляют 50%-ный водный раствор лигносульфоната натрия в соотношении по массе сухих веществ поликонденсированный модификатор : лигносульфонат натрия 40 мас.% : 60 мас.% при температуре процесса 60±5°С и продолжительности 2 ч.