Способ получения гидролизованного полиакрилонитрила Советский патент 1982 года по МПК C08F220/44 C08F8/12 

Изобретение относится к ползченню сополимеров на основе акрипонитрила, в частности к модификации гидролизованного пояиакрилонитрила, которые могут быть использованы в качестве стабилизаторов промывочных буровых растворов. Глинист1 1е буровые растворы, применяемые в качестве промывочной жидкости при бурении нефти и газа, являются полндисперсными гетерогенными системами, дисперсионной средой которых служит вода, а дисперсная фаза - частицы полиминеральной породы. Широкое распространение буровых работ, увеличение бины и совершенствование технологии бурения скважин повьпиает требования, предъявляемые к качеству промывочных жвдкостей. Качество промывочной жидкости определяется такими ее показателями как удельный вес, вязкость, статическое напряжение сдвига, воаоогдача, .то;лшина фильтрационной коркн суточного отстоя. Основным критерием, которым должен отвечать буровой глинистый раствор, является высо кая его агрегативная стабильность. Под стабилизацией промывочной жидкости понимают при ведение ее в устойчивое состоя1ше, т. е. предотвращение укрупнения (агрегация) твердой фазы и выпадения ее в осадок из раствсфа. Для обеспечения необходимой стабильности (низкие значения водоотдачи, толш1шы корки и суточного отстоя) в буровой глинистый раствор вводят стабилизатор. В качестве стабилизаторов широкое применение нашли синтетические водорастворимые полимерные реагенты на основе гидролизованного полиакрилоиитрила. С увеличением глубины скважин (7-9 км) и распространением буровых работ на площадях, в разрезах которых залегают пласты высокоминерализованиых вод и толщи хемогенных пород, все большие требования предъявляются к термостойкости используемых полимеров. Недостатком большинства полимерных реагентов, используемых в буровой практике, является значительная чувствительность обработанных ими промывочных растворов к действию высокой температуры, в результате чего резко падает стабильность бурового раствора. Это, в свою очередь, ведет к осложнениям и авариям на буровой. 389 Известны способы получения гидролизованн го полиакрилоннгрила, заключающиеся в обработке полиакрилонитрила разяитаыми щелочными агентами в водной среде при нагревании, в частности с применением в качестве шелочного агента N328 и щелочи. Пол чаемые в результате щелочного гидрол за продукты в основном используются как С7руктурообразователи почвы 1. Недостатком указанных способов является неустойчивость получаемых продуктов к дейст-вию высокой температуры, чго ограничивает область их применения. Наиболее близким к предлагаемому по тех нической сущности является способ получения гидролизованного полиакрилонитрила гидролизом полиакрилонитрила в водном растворе щелочи с получением реагента, называемого ГИПАНом (2). Однако введение в глинистый раствор ГИПАНа в количестве 0,1-1% снижает водоотдачу с 21 до 3 см при . Повышение температурь до не оказывает влияния н водоотдачу. Дальнейшее ее увеличение до 200°С ведет к резкому увеличению водоотдачи до 9 см и потере стабильности. Толщина корки также увеличивается до 2,0 мм, а статическое напряжение сдвига (СНС) до 120-135 мг/см, что указывает на то, что ГИПАН . может использоваться только при. темлератуpax ниже 95°С, причем расходная норма реагента довольно высокая - 1%. При 100- 200 С ГИПАН становится неэффективным, несмотря даже на высокий его расход (1%). Увеличение СНС до 135 мг/см резко снижает механическую скорость бурения, увеличивает расход алмазов бурового инструмента и увели вает вероятность аварийной остановки в резул тате заклинивания бура. Цель изобретения - получение эффективног термостойкого стабилизатора для глинистых буровых растворов. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения гндролизованного полиакрилонитрила гидролизом полиакрнлошггрила в водном растворе щелочи, продукт гидр лиза обрабатывают алифатическим воаонерастворимым Cg-Си спиртом в органическом растворителе при нагревании в присутствии кислоты. Обработку спиртом целесообразно вести при 80-90 С в течение 4-6 ч. Предлагаемый реагент назван МГИПАНом. Полученный продукт хорошо растворяется в водных растворах щелочей, диметилформами де и диметилсульфоксиде, не растворяется в бензоле, ацетоне, хлороформе спирте и гексан ИК-спектроскопия указывает на наличие в цепях макромолекул карбоксильных, амидных и сложноэфирных функциональных групп. Введение в состав полученного продукта новых сложноэфирных групп COOR, где ,R Cgii)7. CioHji или CjftHss, придает ему новое по сравнению с немодифицированным ГИПАНом свойство поверхностную активность на границе раздела фаз. Так, если ГИПАН снижает энергию поверхностного натяжения воды с 70,37 до 68,7 дин/см (т.е. на 1,57 дин/см), то в тех же условиях при использовании полученного продукта поверхностное натяжение снижается с 70,37 до 33,54 дин/см, т. е. более чем в два раза. Макромолекулы полученного продукта, адсорбируясь на частицах буровой породы, оказывает диспергирующее (измельчающее) воздействие на нее за счет снижения его твердости (эффект Ребиндера). В результате увеличиваются стабильность бурового раствора и механическая скорость бурения, снижаются затраты мощности на вращение буровой колонны, сокращается расход алмазов бурового инструмента, т. t. резко увеличивается эффективность процесса бурения. Из табл. 3 видно, что использование МГИПАНа позволяет увеличить механическую скорость бурения по сравнению с ГИПАНом в 1,5 раза, снизить затраты мощности на вращение бурильной колонны на 43%, а также сократить расход алмазов бурового инструмента на 30% при одновременном увеличении средней проходки на коронку до 30%. П р и м е р. В колбу, снабженную мешая кой и обратным холодильником, вводят 2,3 г сухого полиакрилонитрила и 23 мл водного раствора щелочи. Смесь при перемешивании нагревают на кипящей водяной бане в течение 4 ч. В процессе ргеакщш происходит выделение аммиака и продукт меняет свой цвет от белого до темно-красного и, наконец, до оранжево-желтого. Реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры. Полученный продукт декантируют водным раствором 0,1 н. соляной кислоты и выделившийся при этом водный слш удаляют из реакционнсж колбы. Декантацию осадка повторяют 3-4 раза до кислых значений рН среды. Затем осадок переносят в колбу, снабженную прибором Дина-Старка, и растворяют его в смеси растворителей, состоящих из 80 мл диметилформамида и 25 мл бензола. После этото в реакцитшую смесь вводят 5,7 мл дециповото спирта (или 4,5 мл октилового спирта) и 0,57 мл концентрированнсж серной кислоты. Реакционную смесь нагревают до кипения смеси растворителей и выдерживают при 80-90 С в течение 4-6 ч. В результате peaKiuffl на дно колбы выпадает гелеобразный осадок светло-коричневого цвета. Колбу охлаждают до комнатной темпера туры, осадок отделяют, несколько раз промывают бензолом н сушат в вакуум-шкафу при . Выход продукта 5г. Полученный полимер хорошо растворяется в водных растгорах щелочей, диметилформамнде н диметилсульфоксиде. Не растворяется в бензоле, ацетоне, хлороформе, спирте и гексане. Из натриевых солей полимеров готовились 0,001-1%-ны водные растворы и исследов лнсь их поверхностные натяжения ( дин/см), приведенная вязкость if-vA/q и удельная электроjnpoBoziHocTb (atlCT Ом . см-). Все измерения проводились при . Данные измерений приведены в табл. 1. Как видно из табл. 1, все указанные полимеры проявляют свойства, характерные для ™ шгшых полиэлектролитов: увеличение удельной электропроводности с повьш1ением концентрации и увеличение приведенной вязкости с разбавлением раствора. В табл. 2 показано изменение фильтрационно-технологических свойств суспензий гидрослюдисто-монтморшшонитовой глины под дейст вием известного и предлагаемого реагентов в качестве стабилизаторов.. , Введение в глинистый раствор полученного продукта в количестве 0,1-0,5% снижает водеотдачу с 21 до 3 смпри . Увеличение температуры до 200 С не оказывает влняшм на основной показатель стабильности - водо отдачу, которая остается такой же низкой (3-4 см ), как и при 25С. При этом оптимальная концентрация расхода реагент составляет 0,5% (что в два раза меньше чем для ). Толщина корки глины и суточный отстой также остаются без изменения. Значения статического напряжения сдвнга намного ниже, чем для ГИПАНа (1,5-2 раза), причем повышенная максимальная термостойкость в условиях зксплуатации ( вместо ) глинистого раствора, при которых они еще способны сохранять достаточно низкую водоотдачу (3 см вместо 9 см). В табл. 3 приведены сравнительные данные, полученные при бурении скважин с применением промывочных жидкостей, обработанных известным н предлагаемым способами. Таким образом, использование изобретения позволяет интенсифицировать буровые работы путем уменьшения затрат мощности на вращение буровой колонны, снижения расхода алмазов бурового инструмента, увеличения температурного интервала проведення сверхглубоких скважин и полной ликвидации вероятности аварийной остановки в результате заклинивания бурового инструмента в области 200°С.

10 го

С)

S

(п

ri

г

v

0

§

o

CD

00

00

oq OS

ON

О CO OO

О in t

о

/

r ti у

1389957814

Формула изобретенияСв-С,б спиртом в оргвничсспм растк рнт«л« Способ получения гидролизоваиного полкакрилонитрнла гидролизом полиакрялонитрнла вИсточники ияформацки,

водном растворе щелочи, отличающий- s принятые во внимание при зкспертиэе с я тем, что, с целью получения эффективно-1. Авторское свидетельство СССР (Р 399511,

го, термостойкого стабилизатора для глинистых кл. С 08 F 8/12, 1971. .

буровых растворов, продукт гидролиза обра-. Авторокое свидетельство СССР N 482469,

б1тывают алифатическим водонерастворимымкл. С 08 F 8/12, 1974 (прототип).

при нагревании в присутствии кислоты.