Способ получения порошкообразного акрилонитрильного реагента для обработки бурового раствора

(51)5 С 09 К 7/02 ПИСАН ИЗОБР ТЕН АТЕНТУ ГОСУДАР СТ В Е Н) ЮЕ ПАТЕ НТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(22) 08.07.9146) 30,08.93. Бюл. М 3271) Институт коллоидной химии и химииводы им. А.В,Думанского72) В.А,Яременко, В.)О.Третинник,В.Г.Филь, П.Я,Бойкой и Г.Н,Малыш73) Институт коллоидной химии и химииводы им, А,В.Думанского56) Авторское свидетельство СССРМ 1547297, кл. С 09 К 7/02, 1988.Авторское свидетельство СССРМ. 1068457, кл, С 09 К 7/02, 1982,54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКООБРАЗНОГО АКРИЛОНИТРИЛЬНОГО РЕАГЕНТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУРОВОГОРАСТВОРА57) Использование; бурение нефтяных и газовых скважин. Сущность: способ получеИзобретение 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 полиакрилонитрил смешивают с частью наполнителя, составляющей 10 - 150 ь от общей 838366 АЗ ния порошкообразного акрилонитрильного реагента для бурового раствора осуществляют следующим образом, Расчетное количество гидролизованного 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 натриевай 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. 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 монтмориллонит в натриевой форме, при атом гидролизованный полиакрилонитрил, щавелевую или малоновую кислоту и монтмориллонит используют при следующем соотношении, мас,%:,Гидролиэованный полиакрилонитрил в пересчете насухое вещество) 39-71 Щавелевая или малоноваякислота 16 - 34 1 У 1 онтмориллонит внас риевой форме 13-27 Отличительными признаками предложенного способа являсотся: использование в качестве наполнителя ". монтмориллонита в натриевой форме и дополнительно щаве левой или малоновой кислоты, а также новый порядок введения компонентов: сначала в сипан (гидролизованный акриловый полимер) вводят Йа-монтсиориллонит, а затем органическую кислоту (щавелевусо О10 или малоновую), причем введение монтмориллонита осуществляется в два приема,Выбор Ма.монтмориллонита в качестве наполнителя раствора гидролизованного акрилового полимера (гипана) обусловлен 15 высокой пептизирующей способностью его частиц вплоть до первичных (коллоидных) агрегатов наряду с образованием гидратных пленок значительной толщины, что позволяет предотвратить деструкцию 20 полимерной цепи и частично образование сшитых структур полимера, Выбор Ма-монтмориллонита вызван такие использованием в предлагаемом способе получения порошкообразного реагента двухосновных кислот и необходимостью в связи с этим предотвращения коагуляционного воздействия щавелевой или малоновой кислоты на карбоксильные фусскциональньсе группы, особенно концевые, отличающихся повь; 30 шенной активностью. Обработка полимерного раствора (гипана) двухосновными кислотами - щавелевой или малоновой вызвана необходимостью достижения более полной блокировки (зкранирования) кар боксильных и амидных рупп полимера, что позволяет повысить их коагуляционную устойчивость и предотвратить образование сшитых пространственных структур в процессе сушки полимерного раствора, Зффек тивность получаемого порошкообразного акрилонитрильного реагента обеспечивается также заявляемым порядком смешения компонентов. Благодаря такому подбору состава компонентов предлагаемого реагента 45 обеспечиваются предпосылки к получению его порошкообразной модиФикации с повышенной термосолеустойчивостью.Таким образом, совокупность существенных признаков является необходимой и 50 достаточной для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата - повышение термосолеустойчивости порошкообразного акрилонитрильного реас ента. 55Способ реализуется следующим образом.Предварительно обрабатывают раствор гидролизованного полиакрилонитрила (гипана) добавками Ма-монтмориллоиита 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 оставшусося часть йа-моитмориллонита 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 пузтем разбавления беспонитовой 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 (ИаС - 20,0 мас,0 ; СаС 2 - 2,0 мас,0 или ЕеСз - 5,0 мас.0 ). По истечение срока перемешивания такую композицисо обрабатывали предлагаемым порошкообразным реагентом и известным в количестве 0,5-1,5 мас0, После прогрева 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, пригоднусо 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 щелочссом растворе отходов волокна "Нитрон" согласно ТУ 01-68 (соответственно гипан 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 Ма-форме получали согласно методики (В.Е,Поляков, Ю,И,Тарасевич, В,П.Васильев, Укр, хим,ж., 1968, М 5, с.526), которая сводится к следующему. Определенное количество отмученного монтмориллонита переводят в Ма-форму 7-8-кратной обработкой его суспензии 1 И раствором йаС при соотношении твердо и жидкой фаз 1;20 последующей отмывкой дисперсной фазы дистиллированной водой до отсутствия реакции на Сс ион. Пример конкретного выполнения, 1838366510 15 20 30 40 50 55 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 Ма-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 Йамонтмориллонита (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 порошкообраэнцй реагент-стабилизатор представляет собой сыпучий материал светло-желтого (коричневого) цвета следующего состава, мэс %Гидролиэованный акриловыйполимер (в пересчете на сухой) 39,0 Щавелевая кислота 34,0 Монтмориллонит внэтриевой 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.% СаО 2 и 20,0 мас.% МаС 3 (табл.1, А - А) и содержащая 5,0 мас.% соли РеОз и 20 мас,% МаС (табл,1, Б - Б), обработанная предлагаемым порошкообразным реагентом указанного выше состава в количестве 1 мас.%, характеризуется следующими показателями: (А-А) водоотдача(В,см /30 мин) - 7; аааксстьУВ. с)-18 О, СНС 1/1 о, дПа - 23/34; Рз 10, Пэ - 74,0 (табл.1, и,3); (Б-Б) - В; см /30 - 6,0; УВ. с - 21,0; СНС 1/1 о, дПа - 22/40; Рш 10 зк 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 водо- отдача бурового раствора, обработанного предлагаемым порошкообраэным реагентом, в 2,0 - 3,5 раза ниже водоотдачи аналогичных дисперсий, но стабилизированных известным 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, представленц в табл,2, В табл,2 приведены также сравнительные результаты обработки минерализованной дисперсии предлагаемым порошкообразным реагентом (на основе растворов гипана и К) 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 исолевой 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 способ ности вследствие снижения сорбционной активности макромолекул,обусловленное образованием мицелярнцх 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 тиксотропнцх свойств дисперсии, возрастание водоотдэчи и понижение пластической прочности образцов. Запредельное понижение в составе реагента содержания Ма-монтмориллонита, возможное при повышенном содержании гипана (табл;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 (С Н С 1/10).Запредельное увеличение содержания Ма-монтмориллонита в составе реагента возможное при пониженном количестве гипана (табл,2, п.11) также вызывает снижение каих совместное перемешивание в реакторесмесителе в течение 25-40 мин. Запредельное уменьшение времени перемешивания да 200 мин (табл.З, п,14) затрудняет процесс течения указанных реакций и приводитк понижению стабилизирующей способности порошкообразного реагента в минерализованкых дисперсиях. Возрастание еоемени перемешивания данной смеси до честоа парашкообразного реэгента, его стабилизирующей способности, обусловленное сорбцией;акрамалекул на частицах ча-монтмориллокита и образованием минеральных попимерсадержащих глобул, выполняощих роль наполнителя.Необходимость предварителькай обработки гидролизованнаго ПАН (гипана) добавками Йа-монтмориллоьита в количестве 10 - 15,0 мас.% от их общей массы была определена по данным табл,2 и 3.В случае запредельного уменьшения величины первичных добавок Ка-мантмориллонита до 8,0 мас,% (табл,З, п.б) происходит ухудшение качества получаемого порошкаобразного реагекта вследствие понижения сорбционкой активности полимерной цепи. Запредельное возрастание первичных добавок Ма-монтмориллонита до 17,0 мас.% приводит к образованию малорастваримых трехмерных структур, обусловливающих возрастание еодоотдачи буровых дисперсий, понижение их тиксотропных свойств (СНС 11 о) и пластической прочности набухших структур (табл,3; п.7).Время перемешиеания смсси гипана с 10-15,0 мас,% мантмориллонита о ча-форме и интерапе 15-20,0 мик определено из условий Гамогекизэции смеси цле достижены 5 Саответс"еуоцега взаимодействия ми" кералькьх частиц с функциональными группами макрамолекул реагекта (табл.З. п.1 - 5), Загредгп:;.:ое уменьшение времени г;":ремешиоа-я до 12,0 мин (табл.З, п.8) не обеспечивает получения однородного состава реакциок;ой смеси, а также необходимой стспени блокировки активных фу;циакалььх (кэрбоксильньх) групп гигана, вследствие его при суоке полимерной смеси проявляются реакции межмопекулярнага сшивания, Увеличение времени перемешивания до 24,0 мин (табл.З, п.7) не оказывает заметного елия,ия на качество получаемого порашкообразного реагекта, поэтому такой режимяоляется экономически нсцелесообразкым,Для выполнения реакции нейтрализованного взаимодействия смеси гипана с щавелевой или малонаеой кислотой проводят 5 10 15 20 30 35 40 46,0 мич не оказывает существенного слияния на качество получаемого продукта (табл,З, п,15).Исходя из полученных результатов (табл.1-3), можно считать, что использование порошкообразного экрилонитрильнаго реагекта, получаемого по предложенномуспособу, 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 1 уа минерализаванных 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 абразцов.вдисперсиях, обработанных.известным реагентам,Таким образом, использование предлагаемого порошкообрэзного акрилонитрильного реагента позволяет получать качественные буровые растворы для проводки глубоких нефтяных и газовых скважин в неустойчивых породах в условиях проявпения.сопееой агрессии и действия высоких температур.Формула изобретения Способ получения порошкообразного акрилокитрильного реагента для обработки бурового раствора, включающий введение капопнител; о гидропизовакный попиакрилонитрил с последующей сушкой смесй, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что перед введением наполнителя в гидролизованный полиакрипокв 1 рил гидролизованный попиакрилонитрил смешивают с частью наполнителя, составляющей 10-15% от общего количества наполнителя, в полученную смесь вводят щавелевую или малоновуо кислоту, выдерживают в течение 25 - 40 мин и смешивают ее с оставшейся частьо наполнителя, причем в качестве наполнителя используют монтмориллонит в натриевой форме, при этом указанные вещества используют при следующем соотношении, мас.%:Гидролизоеанный полиакрилокитрил (е пересчете на сухоевещество) 39-71 Щавелевая или мапоноваякислота 16-34 Монтмориллонит внатриевой форме 13-2710 1838366 Таблица 1 Технологические свойства бурового раствора, обработанного предлагаемым порощкообразным реагентом и известным (согласно прототипа) в присутствии солей А-А (йаОмас,% и СаС 12- 2 мас,%) и Б - Б (ИаС -20 мас.% и ЕеОз -5,0 мас,%)Номер Добавка реагента,мас,УВ. с Предлагаемый Известный Па А-А 40,0 42,0 16,0 66,0 18,0 7,0. 74,0 4,0 25,0 74,0 34,0 Р-р %1+0,5 р-та Р-рЮ+1,0 р-та Р-р %1+1,5 р-та 14,0 45,0 30.0 12,0 48,0 12,0 27,0 48,0 туре 190-195,0 ОС После термообработки при темпе а Р-р %1+0,5 р-та Р-р %1+1,0 р-та Р-р %1+1,5 р-та 12,0 15,0 65,0 8,0 14,0 72,0 10 6,0 74,0 Р-р %1+0,5 р-таР-рМ 1+1,0 р-тар М 1+1,5 р-та 7,0 40,0 43,0 10,0 36,0 49,0 12,0 33,0 52,0 Б-Б Р-р %1+0,5 р-та Р-рМ 1+1,0 р-та Р-р %1+1,5 р-та 10,0 18,0 72,0 75,0 21,0 6,0 20,0 5,031,0 76,0 47,0 Р-р %1+0,5 р-тэ 14,0 Р-рмтк+1,0 р-та Р-р %1+1,5 р-та 16,0 28,0 24,0 50,0 50,0 12,0 при темпе а ре 190-1 95,0 С После те рмостатирования Р-рМ 1+0,5 р-та Р-рМ 1+1,0 р-та Р-р %1+1,5 р-та 19,0 13,0 67,0 16,0 74,0 18,0 74,0 Р-р%1+0,5 р-та . Р-рМ 1+1,0 р-та Р-р %1+1,5 р-та 8,0 45,0 12,0 51,0 14,0 57,0 1 2 3 5 6 20 21 22 23 24 25 15 16 17 18 19 Исходный составР-р М 1+0,5 р-таР-р %1+1,0 р-таР-р %1+1,5 р-та 8,0 7,0 40,0 32,0 29,0 31/49 19/31 23/34 27/41 36/55 28/43 19/22 15/3418/521/39 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 14/23оо Ф Ф (3 с 3 оЩ С С:С о мсо ля СЧ СЧ (Ч (Чс 33 Ъ 3- (33 С) м ф :С Ф СО г сч м Ф (О оо Ю Щ Ф 3 С 3 1 Б О о Э Б о Ф О с О Х Х Ф 3 О м 3 СЪ С 33 оооо МС 3) М(О СЧ (Ч СЧ СЧ оо м ф м м оо 3" О СЪ Ф О Х 1 Ф(3 оо ол СЧ г Е о ХХ Ф 1 о о о о О) Ф Ф С Е Ф 3- Б О. с Б Х о О. Б о)О ( Ф а э 3 Б Х Э М й о Ю Щ О. Ю О С 3. О О О а Б О а Ф С (3 Б С Щ Ф О. Е 2 Х 3- (3 Ф Ф Я Б Э Х Х Щ 3- о оо Мй оо М 33 Ъ 1 1 1 1 1 Х Б оо . лм щИ Щ а Х Ф Б О. с Б Х Щ О. Б ЩХ О Х О. О О Х Ф М О. Ю Щ а Ю О а О Ф а О о О. ь Ю Б Б (3 О. Ф с о Б о Щ Е Щ ХХ Ф .1 Щ Ф О. о О о 1 Щ Х 1 О хк Щ Щ 3 Е Ф оо3 ф 1 1М г 1 1 1 1 3- О О Е а Ф - Ф с о о с 1 Щ Ф МОО3 фм оооо СЧ СО ф С 3 гМгМ оо (3 Й м (ч С о фгг г ооо о о оооо о о о о о о о о СЧ Е СЧ С СГ С - Л СГ Е и СЧ СЧ: Е ллл о о о л л лл о лс л л л ф о оф о лл о С СС Сс С) СЧ СЧ СЧ С) СЪ С) С Сб СЧ С с о сч осчсс фосч оСЧ с- СЧ с- С 4 с- - - - СЧ СЧ СЧ СЧ- СЧ ооо.оооооооооооо л и о с щ Л Со и) и- о Л о оооооооооооооооф осчввс-влффоов- СЧ СЧ СЧСЧсо о о оо о о о о о оооо о о оооооооооовооо Й Гс сйФ Ф ФСЧ С Сч сЗ ооооооооооооооо ооосолоосчсоооооо СЧ СЧ СЧ с- с- СЧ СЧ с- Сч Сч СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ ооооо ооооооооо Ф соо,о с ссС Фсф С С С) с с с с с ООс 1 1 11 1