Способ получения гидролизованного полиакрилонитрила

(72) Авторы изобретения Тагцкентский политехнический институт им, А. Р.-Есруйи(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 буро.5 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 фаза- частицы полиминеральной породы. Широкое распространение буровых работ, увеличение глубины и совершенствование технологии бурения скважин повьпцает требования, предъявляемые к качеству промывочных жидкостей, Качество промывочной жидкости определяется такими ее показателями как щельиый вес, вязкость, статическое напряжение сдвига, водоотдача,.толщина фильтрациоиной корки суточного отстоя. Основным критерием, которым должен отве. чать 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 899578Известны способы получения гидролиэованно.го полнакрилонптрила, заключавшиеся в обра.ботке полиакрилонитрила различными щелочными агентами в водной среде при нагрева.нин, в частности с применением в качестве 5щелочного агента Ма, Б и щелочи.Получаемые в результате щелочного гидролиза продукты в основном используются каксгруктурообразователи почвы 11.Недостатком указанных способов является 16неустойчивость получаемых продуктов к дейст.вию высокой температуры, что ограничиваетобласть их применения.Наиболее близким к предлагаемому по тех.ничсской сущности является способ получения 15гидролизованного полиакрилонитрила гидроли.зом полиакрнлонитрила в водном растворещелочи с получением реагента, называемогоГИПАНом 121,Однако введение в глинистый растворГИПАНа в количестве 0,1 - 1% снижает водоот.дачу с 21 до 3 см при 25 С, Повышениеэтемпературы до 95 С не оказывает влияния наводоотдачу, Дальнейшее ее увеличение до200 С ведет к резкому увеличению водоотдаочи до 9 см и потере стабильности. Толщинакорки 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. температуорах 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 снижаетмеханическую скорость бурения, увеличиваетрасход алмазов бурового инструмента и увеличи.вает вероятность аварийной остановки в результате заклинивания бура,Цель изобретения вполучение 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 гидро- лиза обрабатывают алнфвтическим водонерастВоримым Сь С 1 6 спиртом в органическом растворителе при нагревании в присутствии кислоты. 50Обработкр спиртом целесообразно вести при 80 - 90 С в течение 4 - 6 ч.Предлагаемый реагент назван МГИПАНом.Полученный продукт хорошо растворяется 55 в водных растворах щелочей, диметилформамиде и диметилсульфоксиде, не растворяется в бензоле, ацетоне, хлороформе, спирте и гексане ФИК.спектроскопия указывае на наличие в ,цепях макромолекул карбоксильных, амидных и сложноэфирных функциональных групп.Введение в состав полученного продукта новых сложноэфирных групп СООВ, где,й - СФ С 0 Нз 1 или СьНзз 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 про. дукта 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) воэдей. ствие на нее за счет снижения его твердости (эффект Ребиндера), В результате увеличиваются стабильность бурового раствора и механическая скорость бурения, снижаются затраты мощное. ти 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 механи. ческув 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 мешалкой и обратным холодильником, вводят 2,3 гсухого полиакрилонитрила и 23 мя 4% ноговодного раствора щелочи. Смесь при перемешиванин нагревают на кипящей водяной банев течение 4 ч. В процессе реакции происходитвыделение аммиака н продукт меняет свойцвет от белого до темно красного и, наконец,до оранжево-желтого, Реакционную смесьохлаждают до комнатной температуры, Полученный продукт декантируют водным раствором0,1 н. соляной кислоты и выделившийся приэтом водный слой удаляют нз реакционнойколбы. Декантацию осадка повторяют 3-4 разадо кислых значений рН среды, Затем осадокпереносят в колбу, снабженную приборомДина - Старка, и растворяют его в смеси растворителей, состоящих из 80 мл диметилформамида и 25 мл бензола, После этого в реакционную смесь вводят 5,7 мл децилового спир.та (или 4,5 мл октилового спирта) и 0,57 млконцентрированной серной кислоты. Реакционную смесь нагревают до кипения смесифрастворителей и выдерживают при 80 - 90 Св течение 4-6 ч,899578 4отдачу с 21 до 3 см при 25 С. УвеличениеЮтемпературы до 200 С не оказывает влиянияеа-. На основной показатель стабильности - водоотдачу, которая остается такой же низкой(3 - 4 см ), как и при 25 С. При этом оптамальная концентрация расхода реагента состав.ляет 0,5% (что в два раза меньше чем дляГ 1 НАНа). Толщина корки глины и суточныйотстой также остаются без изменения. Значе.6 ния статического напряжения сдвига намногониже, чем для ГИПАНв (1,5 - 2 раза), причемповышенная максимальная термостойкостьв условиях эксплуатации (200 С вместо 95 С)глинистого раствора, при которых они еще1 способны сохранять достаточно низкую водо.отдачу (3 см вместо 9 см ). 5В результате реакции на дно колбы выпадает гелеобраэный осадок светло. коричневого цвета, Колбу охлаждают до комнатной темпер туры, осадок отделяют, несколько раз промы. вают бензолом и сушат в вакуум-шкафу прио50 С, Выход продукта 5 г.Полученный полимер хорошо растворяется в водных растгорах щелочей, диметилформ. амиде и диметилсульфокснде. Не растворяется в бенэоле, ацетоне, хлороформе, спирте и гексане.Иэ натриевых солей полимеров готовились 0,001 - 1ные водные растворы и исследовались их поверхностные натяжения (б дин/см), приведенная вязкость 1 уД и удельная электропроводность (Об Ом см"). Все измерения проводились при 25 ф 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 фильтраци 23 онно-технологических свойств суспензий гидро. слюдисто.монтморнллонитовой глины под дейст. вием 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 примене.кием промывочных жидкостей, обработанныхизвестным и предлагаемым способами. Таким образом, использование изобретенияпозволяет интенсифицировать буровые работыпутем уменьшения затрат мощности на враще.ние буровой колонны, снижения расхода алма.зов бурового инструмента, увеличения температурного интервала проведения сверхглубокихскважин и полной ликвидации вероятности ава.рийной остановки в результате заклиниваниябурового инструмента в области 200 С.)Б фс оЭд ЭО 3 1 ч о.Дфк Эо1 цфЫ ф йЯ В О ю1-14 Составитель О, РокачевскаяТехред М,рвйвес Редактор Г. Кацалап Корректор М. Коста Заказ 12055/31 Тираж 51ВНИИПИ Государственного комитета СССРяо делам изобретений и открытий113035, Москва,Ж, Раушакая иаб.д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 3 899578Формула изобретения Способ получения гидролнзованного полиакрилонитрила гидролиэом полнакрилонитрнлв в водяом растворе щелочи, о т л н ч а ю щ н й а с я тем, что, с целью получения эффективного, термостойкого стабилизатора для глинистых буровых растворов, продукт гидроляза обрабйтывают алифатическим водонерастворимым Са - Сспиртом в оргаиичес м растъорнтелепрн нагревании в прясутствни кяслоты. Источники информация,принятые во внимание прн экспертиза1, Авторское свидетельство СССР Нф 399511,кл. С 08 Е 8/12,971., Авторское свидетельство СССР Иф 482469,кл. С 08 Р 8/12, 1974 (прототтят).