Реагент-стабилизатор для минерализованного бурового раствора и способ его получения Советский патент 1988 года по МПК C09K7/02 

ГО 00

Изобретение относится к технологии бурения скважин, в частности к составам для бурения и способам получения реагентов при обработке буровых растворов, и может быть использовано в условиях действия повышенных температур и солевой агрессии.

Цель изобретения - повышение со- лестойкости и крепящих свойств реагентов.

Поставленная цель достигается пред13772882

лотриметилфосфоновая кислота 5,0, вода остальное.

В соответствии с указанным примег ром были приготовлены различные варианты реагента, отличающиеся количественным соотношением ингредиентов з и способами приготовления, результаты исследования которых изложены в

10 табл. 1-6.

В качестве ПАН использовали отходы трикотажного производства, обрезки тканевого материала на основе полиакрилонитрильных волокон, гидролагаемым реагентом, включающим полиакрилонитрил, гидроксид натрия, лигно-15 окись щелочного металла (натрия или

сульфонат, нитрилотриметилфосфоновую калия), нитрилотриметилфосфоновую

кислоту и воду, а также способом его

получения.

Согласно предлагаемому способу гидролиз ПАН проводят первоначально при 20 наличии 20,0-25,0% лигносульфонатов в течение 45-60,0 мин, а затем в гидролизную смесь вводят продукт взаимодействия при 65-70,0°С лигносульфонакислоту, лигносульфонаты (ССБ, СДБ), бентонит Черкасского месторождения.

Глинистый буровой раствор с удельным весом 1,18-1,19 г/см приготавливали путем разбавления бентонитовой пасты дистиллированной водой и перемешивали на высокооборотной мешалке при 3000,0 об/мин в течение 2 ч. Потов (75-80,0%) и нитрилотриметилфос- 25 еле первого часа диспергирования в

систему вводили 2,0 мас.% CaCl,; и 20,0 мас.% NaCl. По истечении срока перемешивания такую композицию обрабатывали предлагаемым реагентом в

фоновой кислоты и дополнительно продолжают омыление еще 35-50,0 мин.

Пример. Реагент получали следующим образом.

калия), нитрилотриметилфосфоновую

кислоту, лигносульфонаты (ССБ, СДБ), бентонит Черкасского месторождения.

Глинистый буровой раствор с удельным весом 1,18-1,19 г/см приготавливали путем разбавления бентонитовой пасты дистиллированной водой и перемешивали на высокооборотной мешалке при 3000,0 об/мин в течение 2 ч. По

Изобретение относится к технологии бурения скважин. Цель изобретения- - повышение солестойкости и крепящих свойств реагента. Он содержит следующие ингредиенты при их соотношении, мас.%: полиакрилонитрил 7-V6f гидроксид щелочного металла 8-12j лигносульфонат (ЛСФ) 4,0-14,0; нитрилотриметилфосфоновая кислота .5-16; вода остальное. Дпя получения реагента производят щелочной гидролиз полиакрилонитрила в присутствии ЛСФ в течение 45-60 мин. Вводят ЛФС в реакционную смесь в кол-ве 20-25% .от общей массы ЛСФ. Оставшееся кол-во ЛСФ предварительно смешивают с ннтри- лотриметклфосфоновой кислотой при 65-70 0 в течение 30-45 ьшн. Затем полученную смесь вводят в реакционную смесь и продолжают ее гидролиз 35-45 мин. Реагент представляет собой темно-коричневую жидкость, Дзн- ный реагент и способ его получения могут быть использованы для приготовления противофильтрационных компонентов на основе глинистых пород при возведении различного рода защитных гидротехнически : сооружений. 2 с,п. ф-лы, 1 з.п. . 6 табл. «) siiMi

70,0 г предварительно измельченной 30 количестве 8,0-10,0 мас.% и известным,полиакрилонитрильной ткани с размером волоко-н 1-2 мм помещали в колбу-реактор с обратным холодильником, куда добавляли 500,0 мл 16,0%-ного водного раствора гидроксида калия и 8,0 мл суль.фит-спиртовой барды ССБ (20,0% от общего количества), разбавляли 260,0 мл дистиллированной водой (согласно расчета), подогревали до 95,0 С и перемешивали в течение 45,,О мин. Остальную часть ССБ 32,0 мл (80,0% от общего количества) обрабатывали в реакторе-смесителе при перемешивании и 65,0°С нитрилотриметилфосфоновой кислотой в количестве 50,0 г. Через 30,0 мин продукт взаимодействия лигносульфонатов с кислотой сливали в емкость-накопитель, откуда по истечение времени гидролиза (45,0 мин), сливали в первый реактор-смеситель и продолжали дополнительно гидролиз поли&крилонитрила ПАН при 95,0°С 35,0 мин.

Полученный таким образом реагент

стабилизатор представляет собой одно-.чества функциональных групп. При боль- родную темно-коричневую жидкость сшем содержании лигносульфЬнатов удельным весом 1,12 г/см следующего(табл. 1 п. 1-4) понижается гидрофиль- состава, мас.%: полиакрилонитрил 7,0,ность полимерной составляющей, что гидрокс щ калия 8,0; ССБ 4,0, нитри-приводит к уменьшению активности peagО

5

0

после дополнительного диспергирования в течение 30,0-40,0 мин получали буровую композицию, пригодную к лабораторным испытаниям.

Эксплуатационные характеристики бурового раствора, водоотдачу (В, см V30 мин) измеряли на приборе ВМ-6, предельное статическое напряжение сдвига (сне , , дПа) - на приборе СНС-2, условную вязкость (УВ,с) - на стационарном вискозиметре СПВ-5, пластическую прочность образцов (Рщ,Па), набухших в фильтрате стабилизированного бурового раствора, измеряли методом конического пластометра.Термообработку бурового раствора произ- водили в автоклавах.

Предварительное приготовление смеси ПАН и щелочи при ограниченном количестве лигносульфонатов вызвано необходимостью уменьшения термодеструк- тивного воздействия щелочной среды на молекулярную цепь полимера и проведения гидролиза оптимального колигента, В случае добавок нитрилотри-i .метилфосфоновой кислоты (далее в тек- сте-кислота) на первом этапе модифицирования ПАН происходит падение рН системы, что затрудняет осуществление процесса гидролиза полимера. Водоотдача минерализованной дисперсии (п.1-4) (В, см /30 мин), обработанной реагентом, полученным согласно данно- Q го варианта, даже при нормальных температурах превьшает в несколько раз допустимые пределы. Несколько лучшие результаты получены (табл. 1, п.5,6) при обработке реакционной массы через(5 45-60,0 мин смесью лигносульфонатов и кислоты. Однако, эффективность стабилизации дисперсий таким реагентом оказывается ниже (п.7,8) (УВ,с,В, см /30 мин, СНС,,д дПа) по сравнению 20 с реагентом, полученным согласно предлагаемого способа. Только при таком варианте гидролиза ПАН предлагаемый состав реагента оказывается достаточно устойчив к коагулирующему 25 действию солей при повьшенных температурах (п.11,12) .

Буровой раствор, содержащий 2,0 мас.% CaCl, и 20,0 мас.% NaCl (А-А) (табл. 2) и содержащий 5,0мас.% 30 FeClj и 20,0 мас.% NaCl (Б-Б)(табл.2), обработанный полученным реагентом указанного в примере состава в количестве 8,0 мас,%, характеризуется следующими показателями: (А-А) - водоотдача (В, 5 CMV30 мин) 8,0; вязкость (УВ,с) 27,0, (сне „,0 дПа) 38/59 (Р„, ПА) 76,0; (Б-Б) - (В, мин) 6,0; вязкость (УВ,с) 28,0, (сне ,/,„ ,дПа) 34/55, (Р, Па) 76,0 (табл. 2 пп.З и 15).Как 40 видно из приведенных данных, использование предлагаемого состава реагента позволяет в значительной степени повысить термостойкость бурового раствора, а также способность последнего 45 укреплять породы, слагающих стенки скважин: водоотдача бурового раствора, минерализованного солями CaClj в количестве 2,0 мас.% и NaCl 20,0 мас.% (А-А) (табл, 2) и минерализованного CQ солями Fed т, в количестве 5,0 мас.% и NaCl 20,0 мас.% (Б-Б) (табл. 2. п.п.1-4 В-10-, 14-16) в 1,5-2,4 раза ниже водоотдачи такой же системы, но стабилизированной известным реаген- том (табл. 2, пп.5-7; 11-13-17-19; . 23-25), а вязкость и СНС j, предлагаемой композиции по сравнению с из- вестной больше на 17,0-22,0%.

Для обоснования граничных значений содержания компонентов предлагаемого состава реагента были проведены опыты, идентичные вышеописанным технологии и примеру. Зависимость технологических характеристик бурового раствора от количественног состава компонентов реагента, вводимого, в буровой раствор, представлны в табл. 3, где приведены также сравнительные результаты обработки минерализованного бурового раствора преддагаемым реагентом и известным.

Заявляемые граничные значения компонентов реагента, полученного по предлагаемому способу, выбраны из условий его использования в буровых растворах, работаюп1;их при повьшгенных температурах и солевой агрессии. Установлено, что добавки нитрилофос- фоповой кислоты способствуют повышению уровня стабилизации предлагаемым реагентом буровой дисперсии за счет нейтрализации коагулирующего действия солей, особенно солей многовалентных металлов, понижают возможность проявления пенообразования системы. При недостатке нитрилофосфоно вой кислоты (нитрилотриметилфосфоно- вой кислоты меньше нижнего предела, например, 3,0 мас.%, табл. 3, п.10) уменьшается гидрофильпость реагента в присутствии солей, что усложняет процесс регулирования технологических параметров буровых дисперсий. Верхний предел содержания нитри лофосфоновой кислоты (табл. 3 п.11) зависит от концентрации электролита в объеме раствора и обусловлен необходимостью сохранения щелочной среды суспензии, а также экономической целесообразностью.

При содержании в реагенте ПАН меньше нижнего предела, например 5,0 мас.%(табл. 3 п.4), получают продукт с пониженной стабилизирующей тиксотропностью, особенно при повышенных температурах. Повышение добавок ПАН сверх расчетного количества (табл. 3, п.5) затрудняет процесс омыления полимера, что приводит к понижению относительного количества гидролизуемых групп в цепи полимера и ухудшению эффекта стабилизации минерализованных дисперсий.

Предлагаемые концентрации гндрок- сидов натрия или калия необходимы для осуществления щелочного гидроли15

за полимерного вещества. При недостатке в объеме гидроксида щелочного металла, например 6,0 мас,% (табл.3, п.6), усложняется процесс омыления г функциональных групп полимера и получения макромолекул реагента линейного строения. Избыток щелочи в реакционном объеме (более 14,0 мас,%, табл. 3, п. 7) увеличивает щелочностьtО системы, что приводит к возрастанию набухания глинистых составляющих выбуренной породы, обусловливая увеличение вязкости промывочной жидкости и вероятность проявления прихватов. Добавки лигносульфонатов способствуют увеличению адсорбционного взаимодействия в минерализованных растворах реагента с дисперсными частицами.Увеличение содержания в композиции pea- 20 гента лигносульфонатов вызывает при обработке бурового раствора усиленное пенообразование (табл . 3, п.9), тогда как недостаток ССБ (табл.3,п.8) приводит к понижению агрегативной 25 устойчивости дисперсной системы.

Добавки лигносульфонатов на I этапе гидролиза в количестве 25,0 мас.% позволяют обеспечить предподготовку макромолекул ПАН к поликонденсацион- зо ному взаимодействию последних с активированными лигносульфонатами (продукт взаимодействия ССБ или СДВ с нитрилофрсфоновой кислотой), а также уменьшить термодеструкцию полимера. Таким образом, удается защитить функ- 35 циональные группы ПАН от коагулирующего действия электролитов и повысить тем самым солестойкость реагента (табл. 4, п. 3,4,9,10). При большем содержании лигносульфонатов (более 25,0 мас.%) проявляется действие сте- рических факторов, затрудняющих процесс омыления полимера и обусловливающих понижение его гидрофильности, что, как видно из полученных результатов, ухудшает качество реагента (табл. 4, п. 5-8i 11-14).

Выбор пределов температурного режима обработки лигносульфонатов нит- рилофосфоновой кислотой при 65,0- 70, связан с необходимостью дополнительной активации молекул лигносуль фонатов для повышения коагуляционной устойчивости межмолекулярного взаимоиз условий проведения процесса мягкого окисления ССБ, СДВ, тогда как при более низких .температурах, например 50,0°С, осуществление процесса затрудняется.

Время дополнительного гидролиза в течение 50,0 мин обусловлено необходимостью завершения процесса омыления полярных групп полимера и последую- ш;рго поликонденсационного связывания их с активированными молекулами лигносульфонатов (табл. 3, п. 2-4, 11-12). Дальнейшее увеличение времени гидролиза приводит к термодеструктивному разрушению полимерной составляющей и проявлениям пенообразования системы, что ухудшает качество получаемого продукта. Поэтому при обработке так;им реагентом минерализованных дисперсий возникают затруднения в регулировании их технологических свойств и увеличивается расход реагента (табл.5, п. 5-10, 13-18).

Верхние значения времени (45,О мин) процесса взаимодействия лигносульфонатов и нитрилофосфоновой кислоты, а также температуры процесса (70,0°С) определены из условий экономической целесообразности, поскольку дальнейшее увеличение времени процесса (табл. 6, п,4,5;11,12), а также его температура (табл. 6,п.6-9i13-16) не способствуют повьш ению качества предлагаемого реагента.

Исходя из полученных результатов (. 1-6) можно отметить, что состав и способ получения реагента обусловливают его высокое качество за счет низких значений водоотдачи минерализованных композиций при повьшхен- ных температурах. Реагент дает возможность также более эффективно регулировать вязкость и сне буровых растворов. Пластическая прочность образцов твердой фазы, обработанньк предлагаемым реагентом, на 25-28,0% больше аналогичных показателей дисперсий, обработанных известным. Таким образом, использование предлагаемого реагента позволяет получать высококачественные буровые растворы при проводке нефтяных и газовых скважин в неустойчивых породах в условиях проявления солевой коагуляции и

40

45

50

действия в объеме раствора при термо-55действия повьшенных температур, солевой агрессии, а также устранений Кроме того, предлагаемый реагент

проявления пенообразования. Верхнийи способ его получения могут быть

предел температуры выбран (70,0 С)использованы для приготовления проти15

г ьtОх20) 25

зо- 35 ь - ь3772886

из условий проведения процесса мягкого окисления ССБ, СДВ, тогда как при более низких .температурах, например 50,0°С, осуществление процесса затрудняется.

Время дополнительного гидролиза в течение 50,0 мин обусловлено необходимостью завершения процесса омыления полярных групп полимера и последую- ш;рго поликонденсационного связывания их с активированными молекулами лигносульфонатов (табл. 3, п. 2-4, 11-12). Дальнейшее увеличение времени гидролиза приводит к термодеструктивному разрушению полимерной составляющей и проявлениям пенообразования системы, . что ухудшает качество получаемого продукта. Поэтому при обработке так;им реагентом минерализованных дисперсий возникают затруднения в регулировании их технологических свойств и увеличивается расход реагента (табл.5, п. 5-10, 13-18).

Верхние значения времени (45,О мин) процесса взаимодействия лигносульфонатов и нитрилофосфоновой кислоты, а также температуры процесса (70,0°С) определены из условий экономической целесообразности, поскольку дальнейшее увеличение времени процесса (табл. 6, п,4,5;11,12), а также его температура (табл. 6,п.6-9i13-16) не способствуют повьш ению качества предлагаемого реагента.

Исходя из полученных результатов (. 1-6) можно отметить, что состав и способ получения реагента обусловливают его высокое качество за счет низких значений водоотдачи минерализованных композиций при повьшхен- ных температурах. Реагент дает возможность также более эффективно регулировать вязкость и сне буровых растворов. Пластическая прочность образцов твердой фазы, обработанньк предлагаемым реагентом, на 25-28,0% больше аналогичных показателей дисперсий, обработанных известным. Таким образом, использование предлагаемого реагента позволяет получать высококачественные буровые растворы при проводке нефтяных и газовых скважин в неустойчивых породах в условиях проявления солевой коагуляции и

40

45

50

вофильтрационных компонентов на основе глинистых пород при возведении различного рода защитных гидротехнических сооружений (пруды-шламонако- пители,-отстойники,-испарители и др.) с целью предохранения подземных водных источников от загрязнения отходами промышленных предприятий. Формула изобретения

щелочного металла, лигносульфонат и воду, отличающийся тем, 15 масс. лигносульфоната, а оставшееся что, с целью повышения солестойкости количество лигносульфоната предвари- и крепящих свойств реагента, он дополнительно содержит нитрилотриметил - фосфоновую кислоту при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Полиакрилонитрил

Гидроксид щелочного

металла

Лигносульфонат

Нитрилотриметилфосфоновая кислота

Вода

7-16

8-12 4-1А

5-16

Остальное

тельно смешивают с нитрилотриметил- фосфоновой кислотой, затем полученную смесь вводят в реакционную смесь и 20 продолжают ее гидролиз в течение 35- 45 мин.

кислоты проводят при 65-7С°С в тече- ние 30-45 мин.

Таблиц I

Техиологические свойства бурового раствора, 1 ияералкзовакиого соляин NeCl мас.Х CaCt, 2,0 иас.Х, обработанного 8,0 мас.Х предлагаемого реагента, в завиекмостн от вариантов доОааок в гидролижя смесь лигносульфонатов и ннтрилофос ояовой кислоты

После термостатировання uipH175-180,0°С

8,0 76,0 Согласно п.54,05,0

12,0 42,0 Согласно о.6l4.,0t6,0

8,0 76,0 Согласно п.74,05,0

12,0 42,0 Согласно п.8l4,0)6,0

10

772888

15 масс. лигносульфоната, а оставшееся количество лигносульфоната предвари- масс. лигносульфоната, а оставшееся количество лигносульфоната предвари-

тельно смешивают с нитрилотриметил- фосфоновой кислотой, затем полученную смесь вводят в реакционную смесь и продолжают ее гидролиз в течение 35- 45 мин.

кислоты проводят при 65-7С°С в тече- ние 30-45 мин.

9137728810

Таб лица2

Технологические свойства бурового раствора, обработанного предлагаемым реагентом и известным в присутствии солей А-А (NaCl 20,0 мас.% .и CaCl, 2,0 мас.%) и Б-Б (NaCl - NaCl 20,0 мас.% и Fed, 5.0 мас.%).

Техвологтескяе свойства раствора, мямерялнэоваяного солями NaCl 20,0 мае.I н CaCl, 2,0 нвсЛ стаОялкянроваяяого 8,0 нас.Х предлагаемого реагента н И9вест ам

Таблица4

Технологические свойства бурового раствора, минерализованкогсг солями NaCl 20,0 мас.% и CaClj 2,0 масД и обработанного 8,0 мас,% предлагаемого реагента в зависимости от концентрации лигносульфонатов на I этапе гидролиза ПАН

Табляця 3

Продолжение табл.4

15

15 Р -р1 9,0

t6 Р-р1+ 7,0

17Р-р14-

18Р-р1+ 9,0

Влияние температуры и времени получения продукта взаимодействия лигносульфонатов и нитрилофосфоновой кислоты на стабилизирующую способность предлагаемого реагента (при обработке бурового раствора, минерализованного солями NaCl 20,0 мае.% и СаС 2,0 мас.%)

1377288

16

Продолжение табл.5

Таблица 6