Способ получения порошкообразного акрилонитрильного реагента для обработки бурового раствора

Способ получения порошкообразного акрилонитрильного реагента для обработки бурового раствора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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 полиакрилонитрил (в пересчете на сухое вещество) 39-71; щавелевая или малоновая кислота 16-34; монтмориллонит в натриевой форме 13-27. 3 табл. ел с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л С 09 К 7/02

ГОСУДАРСТВЕН ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .":" ; "" "", 3

К ПАТЕНТУ

16 — 34 (21) 5003804/03 (22) 08.07.91 (46) 30,08.93. Бюл. М 32 (71) Институт каллаидной химии и химии воды им. А.В,Думанскога (72) В.А.Яременко, В.Ю.Третинник, B.Ã.Ôèëü, П.Я.Бойкой и Г.Н,Малыш (73) Институт коллаиднай химии и химии воды им, А.В.Думанского (56) Авторское свидетельство СССР

М 1547297, кл. С 09 К 7/02, 1988.

Авторское свидетельство СССР

М 1068457, кл. С 09 К 7/02, 1982, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКООБРАЗНОГО АКРИЛОНИТРИЛЬНОГО РЕАГЕНТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУРОВОГО

РАСТВОРА (57) Использование; бурение нефтяных и газовых скважин. Сущность: способ палучеИзобретение относится к технологии бурения скважин, в частности к составам для бурения, и мажет 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 порошкоабразного реагента.

Сущность изобретения состоит в том, что предварительно гидрализованный полиакрилонитрил смешивают с частью наполнителя, составляющей 10 — 15% от общей,, Я2,, 1838366 АЗ ния порошкообразного акрилонитрильного реагента для бурового раствора осуществляют следующим образам. Расчетное количество гидролизованнога 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 t4!1H !4 смешивают с остальной частью наполнителя, в качестве которого используют монтмарилланит в натриевай форме. Выше перечисленные ингредиенты используют при следующем соотношении, мас.%: гидролизованный полиакрилонитрил (в пересчете на сухое вещество) 39 — 71, щавелевая или малонавая кислота 16-34; мантмориллонит в натриевой форме 13 — 27.

3 табл. массы наполнителя, в полученную смесь дополнительноо вводят щавелевую или малоновую кислоту, выдерживают в течение 25 — 40 мин и смешивают с остальной частью наполнителя, в качестве которого используют монтмариллонит в натриевой форме, при атом гидролизованный полиакрилонитрил, щавелевую или малоновую кислоту и монтмориллонит используют при следующем соотношении, мас.%: .Гидролиэованный полиакрилонитрил (в пересчете на сухое вещество) 39-71

Щавелевая или малоновая кислота

Монтмориллонит в

1838366 на риевой форме 13-27

Отличительными признаками предложенного способа являются: использование в качестве наполнителя .— монтмориллонита в натриевой форме и дополнительно щаве- 5 левой или малоновой кислоты, а также новый порядок введения KoMflOHQHTQB: сначала в гипан (гидролизованный акриловый полимер) вводят Na"монтмориллонит, а затем органическую кислоту (щавелевую 10 или малоновую), причем введение монтмориллонита осуществляется в два приема, Выбор Na-монтмориллонита в качестве наполнителя раствора гидролизованного акрилового полимера (гипана) обусловлен высокой пептизирующей способностью его. частиц вплоть до первичных (коллоидных) агрегатов наряду с образованием гидратных пленок значительной толщины, что позволяет предотвратить деструкцию полимерной цепи и частично образование сшитых структур полимера, Выбор Na-монтмориллонита вызван так:ке использованием в предлагаемом способе получения порошкообразного реагента двухосновных кислот и необходимостью в связи с этим предотвращения коагуляционного воздействия щавелевой или малоновой кислоты на карбоксильные функциональные группы, особенно концевые, отличающихся повь; 30 шенной aêòèâíîãTbþ. Обработка полимерного раствора (гипана) двухосновными кислотами — щавелевой или малоновой вызвана необходимостью достижения более полной блокировки (зкранирования) карбоксильных и амидных; рупп полимера, что позволяет повысить их коагуляцлонную устойчивость и предотвратить образование сшитых пространственных структур в процессе сушки полимерного раствора. Зффек- 40 т iBHGcTb 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 реас ента. 55

Способ реализуется следующим образом.

Предварительно обрабатывают раствор гидролизованного полиакрилонитрила (гипана) добавками Ма-монтмориллонита в количестве 10-15.0 от его общей массы в реакторе-смесителе в течсние 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 оставшуося 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, затаривается в мешки для хранения и поступает на склад, Глинистый буровой раствор с удельным весом 1,06 — 1,08 г/см приготавливали пуз тем 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 (NaC! — 20,0 мас, ;

СаС!2 — 2,0 мас, или ЕеС!з - 5,0 мас. ). По истечение срока перемешивания такую композицию обрабатывали предлагаемым порошкообразным реагентом и известным в количестве 0,5-1,5 мас,%, После vporpaâa обьема 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 ь щелочном растворе отходов Волокна "Нитрон" согласно ТУ 01-68 (соответственно гипан и К вЂ” 9), Щавелевая кислота согласно ГОСТа 22180-76; малоновая кислота согласно ТУ 6-09-2608-77, Бентонит

Черкасского месторождения по ГОСТУ 39—

180-76. Монтмориллонит s Na-форме получали согласно методики (В.Е,Поляков, Ю.И,Тарасевич, B.Ï.Âañèëüåâ, Укр, хим.ж., 1968, N 5, с.526), которая сводится к следующему. Определенное количество отмученного монтмориллонита переводят в

Na-форму 7-8-кратной обработкой его суспензии 1N раствором NaС! при соотношении твердой и жидкой фаз 1;20 последующей отмывкой дисперсной фазы дистиллированной водой до отсутствия реакции на С ион.

Пример конкретного выполнения.

1838366

10

20

40

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-монтмориллонита (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 Naмонтмориллонита (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 порошкообраэный реагент-стабилизатор представляет собой сыпучий материал светло-желтого (коричневого) цвета следующего состава, мэс

Гидролиэованный акриловый полимер (в пересчете на сухой) 39,0

Щавелевая кислота 34,0

Монтмориллонит в нэтриевой форме 27,0.

Стабилизиру)ощэя способность предлагаемого порошкообрэзного реагента-стабилизатора .минерализованных буровых растворов оценивалась пО фильтрационно. технологическим показателям модельных солесодержащих дисперсий промывочных жидкостей. Так, глинистая дисперсия, содержащая 2.0 мас.% CaCI2 и 20,0 мас.%

NaCI (табл.1, А — А) и содержащая 5,0 мас.% соли FeGg и 20 мас,% NaCl (табл,1, Б — Б), обработанная предлагаемым порошкообразным реагентом указанного выше состава в количестве 1 мас.%, характеризуется следуют ими показателями: (А-А) водоотдача(В,см /30 мин) — 7: ааакссть УВ, c)-18,0;

СНС1/1О, дПа — 23/34; Рз)) 10, Пэ — 74,0 (табл.1, и;3); (Б-Б) — В; см /30 — 6,0; УВ. с—

21,0; СНС1/1О, дПа — 22/40; РВ, 10эк Па — 76 (табл.1, п,15).

Как следует из данных табл.1, использование порошкообразного реагента, полученного предложенным способом, позволяет существенным образом повысить термосолеустойчивость буровых минералиэованных дисперсий, а также способность их увеличивать прочность пород, слагающих стенки скважин. Так водоотдача бурового раствора, обработанного предлагаемым порошкообраэным реагентом, в 2,0 — 3,5 раза ниже водоотдачи аналогичных дисперсий, но стабилизированных известн ы м реагентом (табл, 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 порошкообразным реагентом (на основе растворов гипана и К-9) и известным (прототи п).

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 craGëëèçèðóþùåé способ ности 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 водоотдэчи и понижение пластической прочности образцов.

Запредельное понижение в составе реагента содержания Na-монтмориллонита, возможное при повышенном содержании гипана (табл;2, п.10), способствует проявлению частичной 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 (С Н С1/10).

Запредельное увеличение содержания

Na-монтмориллонита в составе реагента возможное при пониженном количестве гипана (табл.2, п.11) также вызывает снижение ка1838355 их совместное перемешивание в реакторе- 50 смесителе в течение 25-40 мин. Запредельное уменьшение времени перемешивания до 20.,0 мин (табл.3, п,14) затрудняет процесс течения указанных реакций и приводит к понижению стабилизирующей способности порошкообразного реагента в минерализованных дисперсиях. Возрастание времени перемешивания данной смеси до честиа порошкообразного реагента, его стабилизируюсцей способности, обусловленное сорбцией, ;акромолекул на частицах

Na-монтмориллонита и образованием минеральных полимерсодержащих глобул, выполняющих роль наполнителя.

Необходимость предварительной обработки гидролизованного ПАН (гипана) добавками N3-монтмориллонита в количестве

10 — 15,0 мас. jo от их общей массы была определена по данным табл,2 и 3. .В случае запредельного уменьшения величины первичных добавок Na-монтмориллонита до 8,0 мас,о (табл,3, п.6) происходит ухудшение качества получаемого порошкообразного реагента вследствие понижения сорбционной активности полимерной цепи. Запредельное возрастание первичных добавок Na-монтмориллонита до 17,0 мас. у приводит к образованию малорастворимых трехмерных структур, обусловливающих возрастание водоотдачи буровых дисперсий, понижение их тиксотропных CBQAcTB (CHC

Время перемешииания смсси гипана с

10--15,0 мас,,ь монтмориллонита в Na-форме и интериа-it". 15-20,0 мин определено из условий гомогенизации смеси цля достижения соотиетс геуюгцего езаимодеиствия ми" неральных частиц с функциональными группами макромолекул реагента (табл.3. п.1 — 5), Запредгл.;;-:ее уменьшение времени !;":ремешииания до 12,0 мин (табл.3, п.8) не обеспечивает получения однородного состава реакцион:ой смеси, а TQK>Ke необходL„«oé стспени блокировки активных p} i;! цион» льных (кароокскл ных групп Ги пана, вс едстиие:его при сушке полимер; ой смеси il роя зля toTcsl p88KUtlH межмолекулярного сшивания, Увеличение времени перемешивания до 24,0 мин (табл.3, п.7) не оказывает заметного влияния на качество получаемого порошкообразного реагента, поэтому такой режим является экономически нсцелесообразным.

Для выполнения реакции нейтрализованного взаимодействия смеси гипана с щавелевой или малоноиой кислотой проводят

46,0 мич не оказывает существенн го слияния на качество получаемого продукта (табл,3, п,15).

Исходя из полученных результатов (табл.1-3), можно считать, что использование порош кообразного 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 СНС ую 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 образцов.идисперсиях, обработанных.известным реагентом, Таким образом, использование предлагаемого порошкообразного акрилонитрильного реагента позволяет получать качественные буровые растворы для проводки глубоких нефтяных и газовых скважин

B неустойчивых породах B условиях проявления.солевой агрессии и действия высоких температур;

Формула изобретения

Способ получения порошкообразного акрилонитрильного реагента для обработки бурового раствора, включающий введение наполнителя D гидролиэоианный полиакрилонитрил с последующей сушкой смесй, о тл и ч а ю шийся тем, что перед введением наполнителя и гидролизованный полиакрилони1 рил гидролизованный полиакрилонитрил смешивают с частью наполнителя, составляющей 10-15 у 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 и качестве наполнителя используют монтмориллонит в натриевой форме, при этом указанные иегцества используют при следующем соотношении, мас.%:

Гидролизоианный полиакрилонитрил (в пересчете на сухое вещество) 3Q — 7il

Щавелевая или малоновая кислота 16-34

Монтмориллонит в натриевой форме 13-27

1838366

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 6- Б (NaCI -20 мас.)I, и ЕеС!з-5,0 мас.$) В, см /30

Pm 10

СНСу1о, дПа

Номер

Добавка реагента,мас, УВ. с

Предлагаемый Известный

Па

А-А

15,0

40,0

42,0

16.0

66,0

18,0

7,0

74,0

4,0

25.0

74,0

34,0

14,0

45,0

30.0

12,0

48,0

12,0

27,0

48,0 туре 190-195,0 С при темпе а

P-р %1+0,5р-та

Р-р№1+1,0р-та

Р-р №1+1,5р-та

12,0

15.0

65,0

8,0

14,0

72,0

6,0

74,0

Р-р№1+0.5р-та

P-р№1+1,0р-та р №1+1,5р-та

7,0

40,0

43,0

10,0

36,0

49,0

12,0

33,0

52,0

Б-Б

Р-р№1+0,5р-та

P-р№1+1,0p-та

Р-р №1+1,5р-та

10,0

18,0

72,0

75,0

21,0

6,0

20,0

5,0

31,0

76,0

47,0

P-р №1+0,5р-та

14,0

P-р№1+1,0р- а

Р-р %1+1,5р-та

16,0

28,0

24,0

50,0

50,0

12,0 при темпе а ре 190-1

g5,00Ñ

После те рмостатирования

Р-р¹1+0,5р-та

Р-р№1+1,0р-та

P-p ¹1+1,5p-та

19,0

13,0

67,0

16,0

74,0

18.0

74,0

Р-р№1+0,5 р-та . P-p¹1+1,0ð-та

P-р %1+1,5р-та

8,0

45,0

12,0

51,0

14,0

57,0

2

4

6

16

17

18

21

22

23

24

Исходный состав

Р-р№1+0,5р-та

Р-р№1+1,0р-та

P-р %1+1,5р-та

P-р %1+0,5р-та

Р-р№1+1,0р- а

Р-р %1+1,5р-та

После термообработки

8,0

7,0

40,0

32,0

29,0

31/49

19/31

23/34

27/41 36/55

28/43

i9/22

15/34

18/5

21/39

О/12

5/16

11/19

17/31

21/40

19/41 . 19/48

25/43

24/47

13/28

18/31

19/37

О/14

9/18

14/23

18383бб!

Б

K и

О.

5I

С и

Б

С х

Ф

О

О.

I о

С:

Е

tL ооо оо

СЧ (Ч

t» l оо (Ч СЧ л л оо

Ч Ф »t Ct

I5 (С LA ллл

CI (5 йС:

Ct и

С Ъ CD :С Ф

»

CO т

СЧ М

I5 (О

o o IQ (0

OI

I» и

1Б

О

Ф Б и

Ф

Б.

О с

О

X х Ф

IО ("Ъ

X и

С2 оо

СЪ (СЪ

С Ъ (Ъ

О

М

Ф

X оо

|- Со оо

t t»

2 о

Х

Ф

1 и о

О

LA

I о

CD

Ф а

Ф

X

Ф

IБ

CL с

Z

О

О.

K и о

IA о) !

О (Ф

CL

Эс

I2

Ф

K.

О.

C о

Ю (5

О.

Ю

О а

О

Q.

О

О

Q.

CD

Б и

О.

Ф

C и

S с

Щ

Ф

О.

Е

Z

Iv

Ф

Ф

Ф

Ф

Z (5

Iо

2

X (» и

Ф

K

С5

Ф

Ф оо

СЪ IA оо

М LA

1 I 1

1 I 1 I

C_#_

Б

Б оо т л- м

СЧ

С5

CL (:

Х

Ф

Б а с

Б

Z (5

О а

Q. ! (5 |X

О

О.

О

О

Ф

М

О.

Ю

Щ

CL

Ю

О

О.

О

Ф (5

CL

О о

CL ь

LD

Б

Б и

О.

Ф с и

S о и

С5

X (5 и

Ф . I»

С5

Ф

О.

Iи

О и

1 (5

X 1

О х с к

Ф (5

1 1 1 1

|Iи

О

О.

Ф

iФ с и о с

1 (5 с .

Ф М (С (5 оо

c5 CD м оо

I5 LA

М СЧ с о (О I оо 1 1 l !

X (0

Б

I».

Z.

Ф (5

Iv о и

С», Ф и

О.

Е: со оъ о о.СЧ (V х

2 (Ч

С5 С5

= о

Ба

S (!!

Ю Б с !

|» Ю

Ж

X О

СЧ

CV и и

Ж

X о

СЧ и

Щ л.

Е х

X с

Б

Е .а Q.

О о

О

О

О.

Ю !

Б

Б и

С( и

Ф

О с

О

Z х

Ф

IС| - (О СО (О - О м 15 м с ъ м с"ъ Ф

»»»» » «»»»»

МlAСЧ 1-0) t СЧ

СЧ СЧ СЧ СЧ i- - CII

ОООOOОО

I» t» LA LA 3 CD CD ооооо

CO (Ч i=Л lA (Ч СЧ ооооо

ЛОМ|-с"

СЧСЧ(Ч оо

I 1.| (О I I м оо

1 I I I (р» м.гооооо

CDIA CD

С Ъ LA t (O Л- . оооо (о (ч о (о IA cD cD

М СО Л LA

СЧ СЧ (Ч (Ч

»»

IA I CD M оооо

С ) О) М (О

СЧ CV (Ч СЧ оооо о! t»oм - СЧ (Ч оооо

М Л О С=1

-СЧ 1-() оооо

СЧ CO CD с3 м - (ъ оооо

LA и Cf CD

t»М| С Ъ оооооо

- С Ъ CD rt М М лллллл л з.еом

СЧ С Ъ С Ъ СЧ М М

»»»»

СОО СОCD(О - СЧ СЧ оооооо

OI t (ОСОСОt» оооооо

CD Ct Л ((Ъ 5 (О

1 I ! 1 1

ОООООО лм) t»млм

СЧ 1- СЧ - СЧ » оо

Ю 1 I ("Ъ оо oo ,; Ю 1 м - ("ъ v

О (: ! I I 1 (ЪЪ м|оооо

О) "= Cb =

С Ъ Л (Ъ | (Ч С Ъ (С LA (СЪ t

% ° % C % М