Способ получения порошкообразного акрилонитрильного реагента для обработки бурового раствора Советский патент 1993 года по МПК C09K7/02 

Изобретение относится к технологии бурения скважин, в частности к составам для бурения, и может быть использовано для обработки буровых растворов и повышения прочности пород, слагающих стенки скважин, при их проводке на нефть и газ в неустойчивых породах в условиях действия повышенных температур и солевой агрессии.

Предложенный способ направлен на повышение термосолеустойчивости порошкообразного реагента.

Сущность изобретения состоит в том, что предварительно гидролизованный поли- акрилонитрил смешивают с частью наполнителя, составляющей 10-15% от общей

массы наполнителя, в полученную смесь дополнительно вводят щавелевую или малоновую кислоту, выдерживают в течение 25-40 мин и смешивают с остальной частью наполнителя, в качестве которого используют монтмориллонит в натриевой форме, при этом гидролизованный полиакрилонитрил, щавелевую или малоновую кислоту и монтмориллонит используют при следующем соотношении, мас.%:

.Гидролизованный полиакрилонитрил (в пересчете на сухое вещество)39-71 Щавелевая или малоновая кислота 16-34 Монтмориллонит в

00 Ы 00

Ы

а о

W

натриевой форме13-27

Отличительными признаками предложенного способа являются: использование в качестве наполнителя --монтмориллонита в натриевой форме и дополнительно щавелевой или малоновой кислоты, а также новый порядок введения компонентов: сначала в гипан (гидролизованный акриловый полимер) вводят Na-монтмориллонит, а затем органическую кислоту (щавелевую или малоновую), причем введение монтмориллонита осуществляется в два приема.

Выбор Na-монтмориллонита в качестве наполнителя раствора гидролизованного акрилового полимера (гипанэ) обусловлен высокой пептизирующей способностью его частиц вплоть до первичных (коллоидных) агрегатов наряду с образованием гидрат- иых пленок значительной толщины, что по- зволяет предотвратить деструкцию полимерной цепи и частично образование сшитых структур полимера. Выбор Na-монтмориллонита вызван также использованием в предлагаемом способе получения порошкообразного реагента двухосновных кислот и необходимостью в связи с этим предотвращений коагуляционного воздействия щавелевой или малоновой кислоты на карбоксильные функциональные группы, особенно концевые, отличающихся повышенной активностью. Обработка полимерного раствора (гипак.з) двухосновными кислотами - щавелевой или малоновой вызвана необходимостью достижения более полной блокировки (экранирования) карбоксильных и а.мидных групп полимера, что позволяет повысить их коагуляционную устойчивость и предотвратить образование сшитых пространственных структур в процессе сушки полимерного раствора. Эффективность получаемого порошкообразного акрилонитрильного реагента обеспечивается также заявляемым порядком смешения компонентов. Благодаря такому подбору состава компонентов предлагаемого реагента обеспечиваются предпосылки к получению его порошкообразной модификации с повышенной термосолеустойчивостью.

Таким образом, совокупность существенных признаков является необходимой и достаточной для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата - повышение термосолеустойчивости порошкообразного акрилонитрильного реагента.

Способ реализуется следующим образом.

Предварительно обрабатывают раствор гидролизованного полиакрилонитрила (ги- пана) добавками Ma-монтмориллонита в количестве 10-15.0% от его общей массы в реакторе-смесителе в течение 15-20,0 мин при температуре 20-25,0°С. По истечении указанного времени постепенно при перемешивании в полученную смесь вводят щавелевую или малоновую кислоту и через 25-40,0 мин оставшуюся часть Na-монтмориллонита с последующей гомогенизацией смеси. После чего суспензию помещают в

микроволновую печь (или распылительную сушилку), где производится ее сушка-обезвоживание. Высушенный продукт, имеющий светло-коричневый цвет, подвергается измельчению в шнеке или мельнице до размера частиц в среднем 0,25 мм, затариаает- ся в мешки для хранения и поступает на склад.

Глинистый буровой раствор с удельным весом 1,06-1,08 г/см приготавливали путем разбавления бентонитовой пасты дистиллированной водой и перемешивания на высокооборотной мешалке при 3000,0 об/мин в течение двух часов. После первого часа диспергирования в суспензию вводили

соответствующие соли (NaCI - 20,0 мас.%; CaCl2 - 2,0 мас.% или - 5,0 мас.%). По истечение срока перемешивания такую композицию обрабатывали предлагаемым порошкообразным реагентом и известным в

количестве 0,5-1,5 мас.%. После прогрева объема при температуре 80-85,0°С в течение 120,0 мин и дополнительного диспергирования в течение 50-60 мин получали модельную дисперсию бурового раствора,

пригодную к лабораторным испытаниям.

В качестве исходного гидролизованного акрилового полимера был использован продукт омыления акрилового полимера (ПАН) в растворе гидроокиси натрия в соответствии с МРТУ 6-01-166-67 и продукт омыления в щелочном растворе отходов волокна Нитрон согласно ТУ 01-68 (соответственно гяпан и К-9). Щавелевая кислота согласно ГОСТа 22180-76; малоновая кислота согласно ТУ 6-09-2608-77. Бентонит Черкасского месторождения по ГОСТу 39- 180-76. Монтмориллонит в Na-форме получали согласно методики (В.Е.Поляков, Ю.И.Тарасевич, В.П.Васильев, Укр. хим. ж.,

1968, № 5, с.526), которая сводится к следующему. Определенное количество отмученного монтмориллонита переводят в Na-форму 7-8-кратной обработкой его суспензии 1N раствором NaCI при соотношении твердой и жидкой фаз 1:20 и последующей отмывкой дисперсной фазы дистиллированной аодой до отсутствия реакции на С ион.

Пример конкретного выполнения.

В реактор-смеситель, снабженный мешалкой, помещали 390 мл 10,0% раствора гидролизованного акрилового полимера (гипана). Затем включали мешалку со скоростью 300 об/мин, вводили 3,51 г Na-монтмо- риллонита (13,0% от общего количества) и перемешивали в течение 15,0 мин. По истечение времени в объем постепенно при перемешивании вводили 34,0 г щавелевой кислоты. Через 25 мин перемешивания в суспензию вводили остаточную часть Na- монтмориллонита (23,49 г) с последующей гомогенизацией смеси в течение 40 мин. Полученную таким образом смесь подавали в микроволновую печь, где производили ее сушку. Готовый продукт с размером частиц 0,25 мм (после измельчения на мельнице) затаривали в мешки.

Полученный таким образом порошкообразный реагент-стабилизатор представляет собой сыпучий материал светло-желтого (коричневого) цвета следующего состава, мас.%:

Гидролизованный акриловый

полимер (в пересчете нз сухой) 39,0

Щавелевая кислота34,0

Монтмориллонит в

натриевой форме27,0.

Стабилизирующая способность предлагаемого порошкообразного реагента-стабй- лизатора .минерализованных буровых растворов оценивалась по фильтрационно- технологическим показателям модельных солесодержащих дисперсий промывочных жидкостей. Так, глинистая дисперсия, со- держащая 2,0 мас.% CaCte и 20,0 мас.% NaCt (табл,1, А-А) и содержащая 5,0 мас.% соли РеОз и 20 мас.% NaCI (табл.1, Б-Б), обработанная предлагаемым порошкообразным реагентом указанного выше соста- ва в количестве 1 мас,%, характеризуется следующими показателями: (А-А) водоотдача (В, см3/30 мин)-7; вязкость (УВ, с)- 18,0; СНС1/Ю, дПа - 23/34; Рш Ю3, Па - 74,0 (табл.1, п:з); (Б-Б) - В; - 6,0; УВ, с - 21.0; CHCi/ю.дПа-22/40; Рш Ю3.. Па - 76 (табл.1, п. 15).

Как следует из данных табл. 1, использование порошкообразного реагента, полученного предложенным способом, позволяет существенным образом повысить термосолеустойчивость буровых мине- ралиэованных дисперсий, а также способность их увеличивать прочность пород, слагающих стенки скважин. Так водо- отдача бурового раствора, обработанного предлагаемым порошкообразным реагентом, в 2,0-3,5 разз ниже водоотдачи аналогичных дисперсий, но стабилизированных

известным реагентом (табя.1, п.8-13; 20- 25).

Для обоснования граничных значений содержания компонентов состава порошкообразного реагента были проведены опыты, идентичные вышеописанным технологии и примеру. Зависимость технологических характеристик модельных дисперсий буровых растворов от количественного состава реагента, вводимого в такие системы, представлены в табл.2. В табл.2 приведены также сравнительные результаты обработки минерализованной дисперсии предлагаемым по- рошкообразным реагентом (на основе растворов гипана и К-9) и известным (прототип).

Заявляемые граничные значения компонентов порошкообразного реагента, полученного по предлагаемому способу, выбраны из условий его эффективного использования в буровых дисперсиях, применяемых в практике бурения глубоких скважин при повышенных температурах и солевой агрессии (табл.2, п.1-7; 12-17);

Запредельное уменьшение содержания щавелевой кислоты, возможное при одновременном увеличении гипана в составе предлагаемого реагента (табл.2, п.8), приводит к снижению его стабилизирующей способности вследствие снижения сорбционной активности макромолекул, обусловленное образованием мицелярных структур, что предполагает ухудшение параметров дисперсии и понижение пластической прочности набухших образцов. Запредельное увеличение содержания щавелевой кислоты в порошкообразном реагенте, возможное при пониженном содержании гипана (табл.2, п.9) приводит к необратимым конформационным изменениям линейной цепи полимера, вызывающих снижение тиксотропных свойств дисперсии, возрастание водоотдачи и понижение пластической прочности образцов.

Запредельное понижение в составе реагента содержания Na-монтмориллонита, возможное при повышенном содержании гипана (табд.2, п. 10), способствует проявлению частичкой коагуляции макромолекул реагента, образованию полимерных структур пониженной водорастворимости с низкой эффективностью регулирования параметров минеральных дисперсий и в первую очередь их водоотдачи и предельного статического напряжения сдвига (СНС1/10).

Запредельное увеличение содержания Na-монтмориллонита в составе реагента возможное при пониженном количестве гипана (табл.2, п.11} также вызывает снижение качестна порошкообразного реагента, его стабилизирующей способности, обусловленное сорбцией г.гакромолекул на частицах Na-монтмориллонита и образованием минеральных полимерсодержащих глобул, вы- ПОЛНЕЮЩИХ роль наполнителя.

Необходимость предварительной обработки гидролизованного ПАН (гипана) добавками Na-монтмориллонйта в количестве 10-15,0 мас.;% от их общей массы была оп- ределена по данным табл.2 и 3.

В случае запредельного уменьшения величины первичных добавок Na-монтмориллонита до 8,0 мас.% (табл.З, п.6) происходит ухудшение качества получаемого порошкообразного реагента вследствие понижения сорбционной активности полимерной цепи. Запредельное возрастание первичных добавок Na-монтморилл.оиита до 17,0 мас.% приводит к образованию ма- лорастворимых трехмерных структур, обусловливающих возрастание водоотдачи буровых дисперсий, понижение их тиксот- ропных свойств (CHCi/ю) и пластической прочности набухших структур (табл.З, п,7).

Время перемешивания смеси гипана с 10-15,0 мас.% монтмориллонита в Na-фор- ме в интервале 15-20,0 мин определено из условий гомогенизации смеси для достижения соответствующего взаимодействия ми нерзльных частиц с функциональными группами, макромолекул реагента (табл.З. п.1-5). Запредельное уменьшение времени перемешивание до 12,0 мин {табл.З, п.8) не обеспечивает получения однородного со- става реакционной смеси, а также необходимой степени блокировки активных функциональных (карбоксильных} групп гипана, вследствие чего при сушке полимерно.й смеси проявляются реакции межмолекулярного сшивания. Увеличение времени перемешивания до 24,0 мин (табл.З, п.7) не оказывает заметного влияния на качество получаемого порошкообразного реагента, поэтому такой режим является экономически нецелесообразным.

Для выполнения реакции нейтрализованного взаимодействия смеси гипана с щавелевой или малоновой кислотой проводят мх совместное перемешивание в реакторе- смесителе в течение 25-40 мин. Запредельное уменьшение времени перемешивания до 20,0 мин (табл.З, п.14} затрудняет процесс течения указанных реакций и приводит к понижению стабилизирующей способно- сти порошкообразного реагента в минерализованных дисперсиях. Возрастание времени перемешивания данной смеси до

46,0 мин не оказывает существенного влияния на качество получаемого продукта (табл.З, п. 15).

Исходя из полученных результатов (табл,1-3), можно считать, что использование порошкообразного акрилонитрильного реагента, получаемого по предложенному способу, обусловливает достижение повышенного качества минерализованных буровых дисперсий при высоких температурах (190-195°С) за счет снижения, в первую очередь, в 2,0-3,5 раза значений водоотдачи. Порошкообразный реагент, получаемый согласно предлагаемого способа, позволяет также более эффективно регулировать вязкость и CHC/i/10 минерализованных дисперсий буровых растворов при высоких температурах, Пластическая прочность образцов твердой фазы, набухших в фильтрате бурового, раствора, обработанного предлагаемым порошкообразным реагентом, на 27-38,0% больше аналогичных показателей образцрв.в дисперсиях, обработанных, известным реагентом.

: Таким образом, использование предлагаемого порошкообразного акрилонитриль- ногр реагента позволяет получать качественные буровые растворы для проводки глубоких нефтяных и газовых скважин в .неустойчивых породах в условиях проявления.солевой агрессии и действия высоких температур. .... Форм у л а и з обретения

Способ получения порошкообразного акрилонитрильного реагента для обработки бурового раствора, включающий введение наполнителя в гидролизозанный полиакри- лонитрил с последующей сушкой смеси, о т л имеющийся тем, что перед введением наполнителя в гидролизованный полиакри- лонмтрил гидролизованный полиакрилонит- рил смешивают с частью наполнителя, составляющей -10-15% от общего количества наполнителя, в полученную смесь вводят щавелевую или малоновую кислоту, выдерживают в течение 25-40 мин и смешивают ее с оставшейся частью наполнителя, причем в качестве наполнителя используют монтмориллонит в натриевой форме, при этом указанные вещества используют при следующем соотношении, мас.%:

Гидролизованный полиакрилонитрил (в пересчете на сухое

вещество)39-71

Щавелевая или малоновая

кислота16-34

Монтмориллонит в

натриевой форме13-27

Таблица 1

Технологические свойства бурового раствора, обработанного предлагаемым порошкообразным реагентом и известным (согласно прототипа) в присутствии солей А-А (NaCI-20 мас.% и СаС12-2 мас.%) и Б - Б (NaCI -20 мас.% и РеС1з - 5,0 мас.%)

. . Т а б л и ц а 2

Технологические свойства дисперсий бурового раствора, минерализованных солями ЫаС1-20мас.% и CaGl2 -2,0 мас.%, стабилизированных

1,0 предложенного реагента и известным

ТаблицаЗ

Технологические свойства дисперсий бурового раствора, минерализованных солями NaCI-20 мас,% и CaCla-2,0 мас.%, обработанных 1,0 мае. % предложенного порошкообразного реагента в зависимости от режима подготовки полимерной смеси.w

Использование: бурение нефтяных и газовых скважин. Сущность: способ получения порошкообразного акрилонитрильного реагента для бурового раствора осуществляют следующим образом. Расчетное количествогидролизованного полиакрилонитрила смешивают с частью наполнителя, составляющей 10-15% от общей массы наполнителя. Затем в смесь вводят щавелевую или малоновую кислоту. Полученную смесь выдерживают в течение 25-40 мин и смешивают с остальной частью наполнителя, в качестве которого используют монтмориллонит в натриевой форме. Выше перечисленные ингредиенты используют при следующем соотношении, мас.%: гидролизованный полиакрилонит- рил (в пересчете на сухое вещество) 39-71; щавелевая или малоновая кислота 16-34; монтмориллонит в натриевой форме 13-27. 3 табл. ел с

Примечание: - Состав обработан малоновой кислотой