Способ получения гидролизованного полиакрилонитрила

Способ получения гидролизованного полиакрилонитрила

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

У. К. Ахмедов, М. M. Ниязова и К. С. Ахмедо (72) Авторы изобретения

Тагнкентский политехнический институт им. А. P.-Е сруии (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОЛИЗОВАННОГО ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛА

Изобретение относится к получению сополймсров на основе акрилонитрила, в частности к модификации гидролизованного полиакрилонитрила, которые могут быть использованы в качестве стабилизаторов промывочных буро5 вых растворов.

Глинистые буровые растворы, применяемые в качестве промывочной жидкости при бурении нефти и газа, являются полидисперсными гетерогенными системами, днсперсионной средой которых служит вода, а дисперсная фазачастицы полиминеральной породы. Широкое распространение буровых работ, увеличение глубины и совершенствование технологии бурения скважин повышает требования, предъявляемые к качеству промывочных жидкостей. Качество промывочной жидкости определяется такими ее показателями как удельный вес, вязкость, статическое напряжение сдвига, водоотдача,.толщина фильтрациоиной корки суточного отстоя.

Основным критерием, которым должен отвечать буровой глинистый раствор, является высокая его агрегативная стабильность. Под стабилизацией промывочной жидкости понимают при-ведение ее в устойчивое состояние, т. е, предотвращение укрупнения (агрегация) твердой фазы и выпадения ее в осадок иэ раствора.

Для обеспечения необходимой стабильности (низкие значения водоотдачи, толщины корки и суточного отстоя) в буровой глинистый раствор вводят стабилизатор. В качестве стабилизаторов широкое применение нашли синтетические водорастворимые полимерные реагенты на основе гидролизованного полиакрилонитрила.

С увеличением глубины скважин (7-9 км) и распространением буровых работ на площадях, в разрезах которых залегают пласты высокоминерализованных 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.

3 899578

Известны способы получения гидролиэованного полнакрилонптрила, заключавшиеся в обработке полиакрилонитрила различными шелочными агентами в водной среде при нагревании, в частности с применением в качестве 5 щелочного агента Naz S и щелочи.

Получаемые в результате щелочного гидролиза продукты в основном используются как сгруктурообразователи почвы (11.

Недостатком указанных способов является 16 неустойчивость получаемых продуктов к действию высокой температуры, что ограничивает область их применения.

Наиболее близким к предлагаемому по тех. ничсской сущности является способ получения гидролизованного полиакрилонитрила гидролизом полиакрнлонитрила в водном растворе щелочи с получением реагента, называемого

ГИПАНом (21.

Однако введение в глинистый раствор

ГИПАНа в количестве 0,1 — 1% снижает водоотдачу с 21 до 3 см при 25 С. Повышение э температуры до 95 С не оказывает влияния на водоотдачу. Дальнейшее ее увеличение до

200 С ведет к резкому увеличению водоотдао чи до 9 см и потере стабильности. Толщина корки также увеличивается до 2,0 мм, а статическое напряжение сдвига (СНС) до 120—

135 мг/смэ, что указывает на то, что ГИПАН . . может использоваться только при. температуо рах 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 CHC до 135 мг/см резко снижает механическую скорость бурения, увеличивает расход алмазов бурового инструмента и увеличивает вероятность аварийной остановки в результате заклинивания бура.

Цель изобретения — получение эффективного, 40 термостойкого стабилизатора для глинистых буровых растворов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения гидролнзованного полиакрилонитрила гидролизом полиакрилонитрила в водном растворе щелочи, продукт гидролиза обрабатывают алнфатическим водонерастворимым Са — С1 6 спиртом в органическом растворителе при нагревании в присутствии кислоты.

Обработк спиртом целесообразно вести при 80 — 90 С в течение 4 — 6 ч.

Предлагаемый реагент назван МГИПАНом.

Полученный продукт хорошо растворяется M в водных растворах щелочей, диметилформамиде и диметилсульфоксиде, не растворяется в бензоле, ацетоне, хлороформе, спирте и гексане

ИК-спектроскопия чказывае на наличие в ,цепях макромолекул карбоксильных, амидных и сложноэфирных функциональных групп.

Введение в состав полученного продукта новых сложноэфирных групп COOR, где R—

Сзй, „. С оНз или С,ьйзз придает ему новое по сравнению с немодифицированным ГИПАНом свойство поверхностную активность на границе раздела фаз. Так, если ГИПАН снижает энерппо 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, ацсорбируясь на частицах буровой породы, оказывает диспергирующее (иэмельчаюшее) 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. Г, 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%.

Пример. В колбу, снабженную мешалкой и обратным холодильником, вводят 2,3 г сухого полиакрилонитрила и 23 мя 4%-ного водного раствора щелочи. Смесь цри перемешивании нагревают на кипящей водяной бане в течение 4 ч. В процессе реакции происходит выделение аммиака н 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 слой удаляют нз реакционной колбы. Декантацию осадка повторяют 3-4 раза до кислых значений рН среды. Затем осадок переносят в колбу, снабженную прибором

Лина — Старка, и растворяют его в смеси растворителей, состоящих из 80 мл диметилформ амида и 25 мл бензола, После этого в реакционную смесь вводят 5,7 мл децилового спирта (или 4,5 мл октилового спирта) и 0,57 мл концентрированной серной кислоты. Реакционную смесь нагревают до кипения смеси о растворителей и выдерживают при 80 — 90 С в течение 4-6 ч.

899578 4 отдачу с 21 до 3 см при 25 С. Увеличение Ю температуры до 200 С не оказывает влияния е на основной показатель стабильности — водо. отдачу, которая остается такой же низкой а (3 — 4 см ), как и при 25 С. При этом о п мальная концентрация расхода реагента составляет 0,5% (что в два раза меньше чем для

Г1 НАНа). Толщина корки глины и суточный отстой также остаются без изменения. Значе!

6 ния статического напряжения сдвига намного ниже, чем для ГИПАНа (1,5 — 2 раза), причем повышенная максимальная термостойкость в условиях эксплуатации (200 С вместо 95 С) глинистого раствора, при которых они еще д способны сохранять достаточно низкую водоотдачу (3 см вместо 9 см ). ь

В результате реакции на дно колбы выпадает гелеобраэный осадок светло-коричневого цвета. Колбу охлаждают до комнатной темпер туры, осадок отделяют, несколько раз промывают бензолом и сушат в вакуум-шкафу при о

50 С. Выход продукта 5 г.

Полученный полимер хорошо растворяется в водных растгорах щелочей, диметилформамиде и диметилсульфокснде. Не растворяется в бенэоле, ацетоне, хлороформе, спирте и гексане.

Иэ натриевых солей полимеров готовились

0,001 — 1%-ные водные растворы и исследовались их поверхностные натяжения (6 дин/см), приведенная вязкость g.óÄtq и удельная электро5 проводность (об Ом см" ). Все измерения проводились при 25 С.

Данные измерений приведены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, все укаэанные полимеры проявляют свойства, характерные для типичных полиэлектролитов: увеличение удельной электропроводности с повышением концентрации и увеличение приведенной вязкости с разбавлением раствора.

В табл. 2 показано изменение фильтраци23 онно-технологических свойств суспензий гидро. слюдисто-монтморнллонитовой глины под действием известного и предлагаемого реагентов в качестве стабилизаторов.

Введение в глинистый раствор полученного продукта в количестве 0,1 — 0,5% снижает водо- Зо

В табл. 3 приведены сравнительные данные, полученные при бурении скважин с применением промывочных жидкостей, обработанных известным и предлагаемым способами.

Таким образом, использование изобретения позволяет интенсифицировать буровые работы путем уменьшения затрат мощности на вращение буровой колонны, снижения расхода алмазов бурового инструмента, увеличения темпе. ратурного интервала проведения сверхглубоких скважин и полной ликвидации вероятности аварийной остановки в результате заклинивания бурового инструмента в области 200 С.

899578

f» м

С)

t .

И 00 Ф ф " -!!

И

О м

И м

Г.! сл

Г ! о !

К) <Х>

С)

И

C)

Г4 о

И

CO 0

o O

CV

1 М

Г!

И г.s о

t м

С:>

Г

C).

С>

Г

00 О м

Г 4 с

С)

Г

Q0 О

t4 о в

Г- М м

f Г!!

Г !

Г м! а

Г О

О 1 00 ф

О

Г Г

C)

С> О

Г!. 1

cd

Ф (- о

)ф о

С о о

Ф о о ь !!l

О 0!

Ц а << а и

Д о о

Г.!

H.i C о

v )

Ф аl

R l

М <» о К м

lA - Г „ ln Г4

Г м К) Г

«ф 10 л л

tf и И о о Ф о Я э v o

Е;

Р и

И !

О о а

Ы а

О

И

I

I

Г4

С>

899. »78

N ! о

O С

Г »

C)

С»

С»

С» о о о

С»

С» е3„

/ 4

/Ъ е/Ъ

»О

»/»

Ф

»/Ъ еО

QO

О е»

00 е/»

I I !

Ое (/Ъ е»

ГЧ" Ф

С>

/ 4

С>

СП

° °

»О

ЪО

С»

-"ЛЛ

1 !

"! х!

v!!

1 т

/Ч

/е» е»Ф

РЪ

in

ОЪ

Г

i/l

Г 4 ф (/»

Г еМ

ГЧ /Ъ

Ое

»Ъ

»п

Ф/Ъ

ОЪ

О»

t е/Ъ

/е»

0О

ЪО

С 4 е/Ъ

Г4

Г4

a

Ое

Оъ

CV е ° и

»/Ъ

Г 3

»О

Cl

««е

/еЪ

/е»

QO с!

GO

РЪ

С»

/е »

/ Ф

С ф

С»

С»

//» ф е/Ъ е»Ъ

Ф- ж

ЦЪ

o!""о

С» О I !

» е/Ъ

С»

»/Ъ

С»

».) о е»

»/\ е/Ъ

Г 4

С) »/1 (o"

С» С»

»/»

С»

С» е СЧ е/Ъ

i/l ,.ч °

v v ее ° °

v, v

Р

В ° ф

) c ф ф

„! х

899578

C) ь ь

СЧ

С4 ь и

9/Ъ ь

00 ф » ь,Ьи

Ю ь О

СЧ ь ь

I

<") Й х й

1 о

+o

Е д 1ÿnj

4)

A о ! ц м а а

В

Составитель О. Рокачевская

Техред М.рвйвас

Редактор Г. Кацалап

Корректор М. Коста

Заказ, 12055/31 Тираж 511

ВНИИПИ Государствеииого комитета СССР яо делам изобретений и открытий

113035, Москва,Ж-35, Раушакая иаб.эд. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

13 899578

Формула изобретения

Способ получения гидролизованиого полиакрилонитрила гидролиэом полиакрилонитрила в водяом растворе щелочи, о т л я ч а ю щ и и а с я тем, что, с целью получения эффективного, термостойкого стабилизатора для глинистых буровых растворов, продукт гидроляза обрабятывают алифатическим водонерастворимым

Са — С,е спиртом в оргаиичес . м растъорителе при нагревании в прясутствии кяслоты.

Источники информация, принятые во виимание при экспертиза

1. Авторское свидетельство СССР Н 3995!1, кл. С 08 F 8/12,!971. ?. Авторское свидетельство СССР h 482469, кл. С 08 F 8/12, 1974 (прототтят).