Суспензия водорастворимого полимера и способ ее получения

 

Использование: для бурильных жидкостей нефтяных месторождений и цементирующих применений. Сущность изобретения: продукт: суспензия водорастворимого полимера, содержащая (мас. проц.): водорастворимый полимер - 3-60, органическую дисперсионную среду - изопарафиновое масло - 40-95, растворяющийся в дисперсной среде полимерный загуститель - маслорастворимую смолу - 0,2-10. Реагент 1: полимерный загуститель. Реагент 2: органическая дисперсионная среда. Условия реакции: растворение. Реагент 3: водорастворимый полимер. Условия реакции: диспергирование. 7 табл.

Изобретение относится к получению стабильных суспензий водорастворимых полимеров.

Суспензии водорастворимых полимеров обычно используются для бурильных жидкостей нефтяных месторождений и цементирующих применений.

Задачей промышленности было и остается улучшить процесс производства и применения этих суспензий, а также улучшить их истинную эффективность. При помощи величины истинной эффективности подразумевается исключить или значительно уменьшить образование агломератов, которые легко не гидролизуются.

Попытки удовлетворить установленные выше цели известны специалистам. В таких попытках применяли целый ряд разнообразных методов и агентов, включающих лиофильную глину, воду, поверхностно-активные вещества, жирные кислоты и специально полученные полимеры с контролируемым содержанием влаги. Хотя эти методы и/или композиции индивидуально или в совокупности улучшали технологию, конечная цель обеспечить идеальную суспензию, то есть такую суспензию, которую можно легко изготовить, которая остается стабильной и годной к применению в широкой температурной области остается нерешенной.

Основным предметом этого изобретения является обеспечение лучшего качества суспензии водорастворимого полимера.

Другим предметом этого изобретения также является обеспечение стабильной жидкой суспензии водорастворимого полимера.

Далее, предметом этого изобретения также является обеспечение стабильных жидких суспензий водорастворимых полимеров, пригодных к применению в широкой области температура.

Еще одним предметом этого изобретения является также обеспечение способа получения улучшенной композиции стабильной жидкой суспензии водорастворимого полимера.

Кроме того, предметом этого изобретения является обеспечение способа, который легче осуществить, чем известные ранее технологические процессы.

В соответствии с настоящим изобретением обеспечивается стабильная жидкая суспензия водорастворимого полимера, включающая в себя масло, растворимую в масле смолу и водорастворимый полимер.

В предпочтительных воплощениях композиция включает также двуокись кремния.

Применимые в выполнении этого изобретения ингредиенты включают в себя масла, смолы, полимеры и двуокись кремния. Вообще говоря, на практике это изобретение состоит из смешивания соответствующего масла, соответствующей резины, соответствующего полимера и предпочтительно применимой двуокиси кремния в соответствующих количествах для образования новой композиции изобретения стабильной жидкой суспензии водорастворимого полимера. Для использования новой композиции, полученной таким образом, вообще не требуется дополнительной обработки. Из-за ее исключительной стабильности жидкая суспензия этого изобретения может быть приготовлена и отправлена заказчикам готовой к применению без необходимости готовить ее в поле.

Масла, применимые в практике этого изобретения, широко включают все углеводородные масла. Примерами таких масел являются растительные масла, сырое масло, дизель, керосин, пентан, декан, соевое масло, кукурузное масло и им подобные.

Однако, предпочтительными маслами для целей этого изобретения являются керосин, легкое дизельное масло, "хигинг" масло, минеральное масло, дизель и изопарафины. Наиболее предпочтительными являются изопарафины. Примеры особенно предпочтительных изопарафинов включают, но не ограничиваются ими, тетрадекан, гексадекан, додекан, смешанные изопарафины, смешанные C₁₃-C₁₄, изопарафины, C₁₄ изопарафины и C₁₆ изопарафины.

В общем, все растворимые в масле смолы применимы в практике этого изобретения. Примеры таких растворимых в масле смол включают сополимер стирола с изопреном, стирол-этилен/пропилен блоксополимер, сополимер изобутилена со стиролом, стирол-бутадиеновый сополимер, полибутилен, полистирол, сополимер этилена с пропиленом и подобные соединения.

Предпочтительными однако являются блок сополимеры, примеры которых включают стирол этилен/пропилен блоксополимер, гидрированные стирол-изопреновые блоксополимеры и сополимер стирола с бутадиеном, но не ограничиваются ими. Наиболее предпочтительными являются гидрированные стирол-изопрен блоксополимеры, примеры которых включают, но не ограничиваются ими материалы, выпускаемые под торговыми наименованиями. "Baraversin VIS" (торговая марка Baroid corporation), "Shellvis 40" и "Shellvis 50" (обе торговые марки Shell Chemical Company).

Все водорастворимые полимеры используются в практике этого изобретения. Примеры таких полимеров и методы их производства и/или получения описываются в Bishop, Патент США N 4 735 659, в который включены соответствующие ссылки (смотри колонку 1, строка 45 до колонки 2 строка 60). Особенно предпочтительна карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ).

Также полезными являются водораствоpимые биополимеры ксантантиновой смолы, полиакриламиды и карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозы.

Двуокись кремния, применимая в практике этого изобретения, обычно включает коллоидную двуокись кремния, коллоидную окись кремния и осажденную двуокись кремния. Предпочтительными, однако, являются коллоидная двуокись кремния, гидрофильная коллоидная двуокись кремния и гидрофобная коллоидная двуокись кремния. Особенно предпочтительна гидрофобная коллоидная двуокись кремния. Примеры этого класса двуокиси кремния, методы ее получения, и другая соответствующая информация, относящаяся к ее эксплуатации раскрывается в Bishop Патент США N 4735659, включающего соответствующие ссылки (смотри, в частности, колонку 2 строки 61-68).

Ряд ингредиентов, перечисленных выше и применяемых в практике этого изобретения представлены ниже в таблице 1.

Условия реакции для осуществления этого изобретения на практике являются следующими: Температура обычно в области примерно от -10^oС до примерно 200^oС, с предпочтительной областью от примерно 60^oС до примерно 70^oС. Время реакции обычно в широкой области от примерно 0,05 часа до примерно 200 часов с предпочтительным интервалом от примерно 0,25 часа до 20 часов, и наиболее предпочтительным интервалом от примерно 1 часа до примерно 2 часов. Отмечается, что время реакции обычно обратно пропорционально температуре реакции, а именно, при более низкой температуре требуется большее время.

Согласно одному из воплощений, процесс этого изобретения включает в себя введение соответствующего масла в соответствующее смешивающее устройство и добавление соответствующей смолы к маслу в смешивающем устройстве. Смесь масло-смолы затем перемешивается в течение примерно 30-45 минут в температурной области от примерно 60^oС до примерно 70^oС. Затем к этой смеси добавляют примерно 98% весовых процентов водорастворимого полимера и примерно 2 весовых процентов гидрофобной коллоидной двуокиси кремния. Затем конечный продукт этого процесса, содержащий стабильную жидкую суспензию водорастворимого полимера, может быть собран любым известным методом. Хотя порядок смешения не является решающим аспектом этого изобретения, предпочтительно добавлять масло первым, а полимер последним.

Добавление антиоксиданта, поверхностно-активного вещества пестицида или даже минимального количества органофильного клея к этим основным ингредиентам является компетенцией специалистов в данной области.

Продукт этого изобретения обычно имеет прочность геля, которая обеспечивает суспендирование мелкодисперсного вещества. Кроме того, эта гелевая прочность проявляется очень быстро и представляет собой тип гелей, который относится к матовым гелям. Под этим подразумевается гель, отличный от нормальных гелей, его прочность остается постоянной или только слабоповышается во времени, а также то, что он имеет подходящие ломкостные свойства, о чем свидетельствует легкость, с которой он льется.

Продукт этого изобретения тестируется главным образом наблюдением за синерезисом, температурой текучести и стабильностью в широкой температурной области. Синерезис может быть измерен при помощи масштабной линейки или другого такого градуированного устройства. Это может выполняться введением масштабной линейки или градуированного устройства через прозрачную жидкую часть суспензии до ее контакта с поверхностью, которая отделяет эту часть от слоя, содержащего суспендированные твердые частички. Толщина жидкого прозрачного слоя, критерий синерезиса могут быть затем определены непосредственно на масштабной линейке или градуированном приспособлении.

Следующие примеры иллюстрируют далее различные аспекты этого изобретения (табл.2).

(1) Выпускаемое под наименованием "SOLTROL 145" (0,8 г/мл) торговая марка Phillips Petroleum Company (2) Выпускаемая под наименованием "DRISPAG VIS" торговая марка Phillips Petroleum Company (3) Выпускаемая под наименованием "DRISPAG REGULAR" торговая марка Phillips Petroleum Растворимую в масле смолу вводили в легкое изопарафиновое масло при помощи Ross смесителя в режиме 5 до тех пор, пока температура не достигала 140^oF (60^oС). Смеситель был затем закрыт, а смесь оставалась охлаждаться до температуры, близкой к комнатной. Воздействие силы сдвига затем продолжалось до полного введения растворимой в масле смолы (визуальное наблюдение). Затем к смеси была примешана карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ).

Образец был затем разделен на три (3) 1 пинтовых объема. Объем 1 подвергался вибрации в течение 3 дней, чтобы имитировать транспорт. Объем 2 был помещен в холодильник при -20^oF (-29^oС) до тех пор, пока температура стабилизировалась. Ни синерезиса, ни расслаивания не наблюдалось и образец оставался текучим. Объем 3 был помещен в печь при 120^oF (49^oС) и подвергался статическому старению в течение шести месяцев. Наблюдался синерезис примерно 1/8", но сильного расслаивания не наблюдалось.

Это свидетельствует о том, что образуется стабильная жидкая суспензия водорастворимого полимера. В то время как некоторый синерезис имел место, осадка не наблюдалась. Эта композиция была более стабильной, чем коммерчески доступные в настоящее время водорастворимые полимеры (табл.3).

(1) Выпускаемая под наименованием "SOLTROL 170" торговая марка Phillips Petroleum Company.

(2) Выпускаемая под наименованием "BARAVERSIN VIS" торговая марка Baroid Corporation гидрированный стирол изопреновый блок-сополимер.

(3) Выпускаемая под наименованием Liquied "DRISPAG PLUS" торговая марка Phillips Petroleum Company.

Этот продукт в основном состоит из пылевидно измельченной карбоксиметилцеллюлозы с 2 весовыми процентами гидрофобной коллоидной двуокиси кремния.

Растворимая в масле смола добавлялась к изопарафиновому маслу и перемешивалась на Ross-смесителе до тех пор, пока температура смеси не достигала 62^oС (143,6^oF). Смесь водорастворимого полимера и двуокиси кремния была затем добавлена к смеси масла со смолой и хорошо перемешана. Затем из смеси были взяты три однопинтовых образца. Образце N 1 из этих трех образцов подвергался вибрации в течение 3 дней (3), чтобы имитировать транспорт. Ни синерезиса, ни расслаивания не наблюдалось после шестимесячного периода. Часть образца N 1 подвергалась тепловому старению при 120^oF (49^oC) в течение шести месяцев, ни синерезиса, ни расслаивания не наблюдалось. Температура была затем повышена до 150^oF (66^oC) и ни синерезиса, ни расслаивания не наблюдалось после двухмесячного периода. Образец N 2 из этих трех образцов помещался в холодильник при -20^oF (-29^oC) до тех пор, пока температура стабилизировалась. Ни синерезиса, ни расслаивания не наблюдалось и образец оставался текучим в течение шестимесячного периода испытаний. Третий образец был подвергнут статическому старению в течение шести месяцев, при этом ни синерезиса, ни расслаивания не наблюдалось.

Это показывает, что добавление двуокиси кремния к основной заявляемой композиции является желательным и полезным усовершенствованием. Это в результате приводит к суспензии даже с более высокой стабильностью и лучшими свойствами, чем основная заявляемая композиция, как показано в заявляемой композиции 1 (табл.4 и 5).

(1) Выпускаемая под наименованием "SOLTROL 170" торговая марка Phillips Petroleum Company.

(2) Выпускаемая под наименованием "PARAVERSIN VIS" торговая марка Baroid Corporation.

(3) Выпускаемая под наименованием "KELZAN" торговая марка Kelco Division.

Этот продукт представляет собой ксантановый биополимер. Ксантановый биополимер был предварительно пылевидно измельчен с 2 весовыми гидрофобной коллоидной двуокиси кремния.

Легкое изопарафиновое масло смешивалось с растворимой в масле смолой на Ross-смесителе с высокой силой сдвига до тех пор, пока не вводится вся смола предварительно смешанная с двуокисью кремния и температура не установится до 62^oС (143,6 F). Была взята часть образца и помещена в холодильник при -20^oF (-29^oC) для контроля за температурой текучести. Образец сохранял текучесть при -20^oF (-29^oC) и оставался таким в течение 6 месяцев.

Часть образца была взята и помещена в печь при температуре 120^oF (49^oC) на шесть месяцев. Ни синерезиса, ни расслаивания образца не наблюдалось. После 6 месяцев температура печи была повышена до 150^oF (66^oC). Восемь недель позднее не наблюдалось ни увеличения синерезиса, ни расслаивания.

Это показывает, что путем применения метода и компонентов настоящего изобретения могут быть приготовлены стабильные жидкие суспензии ксантановых биополимеров (табл.6 и 7).

Это должно означать, что легкое изопарафиновое масло было перемешано с маслорастворимой смолой смесителем Росса с высокой степенью сдвига, до тех пор, пока температура не стабилизируется при 62^oС. Затем водорастворимый полимер, предварительно измельченный в пыль с диоксидом кремния, вводится в состав смеси. ТТТ1

Формула изобретения

1. Суспензия водорастворимого полимера, содержащая водорастворимый полимер, органическую дисперсионную среду и растворяющийся в ней полимерный загуститель, отличающаяся тем, что в качестве органической дисперсионной среды она содержит изопарафиновое масло, в качестве полимерного загустителя - маслорастворимую смолу при следующем содержании компонентов, мас.

Водорастворимый полимер 3 60 Изопарафиновое масло 40 95 Маслорастворимая смола 0,2 10,0 2. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что водорастворимым полимером является карбоксиметилцеллюлоза, содержащаяся в количестве 38 40 мас. маслорастворимой смолой является гидрированный стиролизопреновый блоксополимер в количестве 2 2,5 мас. и маслом является изопарафиновое масло в количестве 57 59 мас.

3. Суспензия по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит двуокись кремния в количестве 0 10 мас.

4. Суспензия по пп. 1 3, отличающаяся тем, что изопарафиновое масло выбирают из группы, состоящей из тетрадекана, гексадекана, додекана, смешанных изопарафинов, смешанных С₁₃ С₁₄-изопарафинов, С₁₄-изопарафинов и С₁₆-изопарафинов.

5. Суспензия по пп. 1 4, отличающаяся тем, что двуокисью кремния является гидрофобная спеченная двуокись кремния.

6. Суспензия по пп. 1 4, отличающаяся тем, что водорастворимый полимер выбирают из водорастворимых биополимеров ксантантиновой смолы, полиакриламидов или карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозы.

7. Суспензия по пп. 1 6, отличающаяся тем, что водорастворимым полимером является карбоксиметилцеллюлоза.

8. Суспензия по пп. 1 7, отличающаяся тем, что двуокись кремния содержится в количестве 0,7 1 мас. водорастворимый полимер 38 40 мас. маслорастворимая смола 2,0 2,5 мас. и масло 57 59 мас.

9. Суспензия по пп. 1 8, отличающаяся тем, что двуокись кремния является гидрофобной спеченной двуокисью кремния, водорастворимый полимер карбоксиметилцеллюлозой, масло изопарафиновым маслом и маслорастворимая смола гидрированным стиролизопреновым блоксополимером.

10. Способ получения суспензии водорастворимого полимера, включающий растворение полимерного загустителя в органической дисперсионной среде с последующим диспергированием водорастворимого полимера в полученном растворе, отличающийся тем, что в качестве дисперсионной среды используют изопарафиновое масло, а в качестве полимерного загустителя маслорастворимую смолу, при следующем содержании компонентов, мас.

Водорастворимый полимер 3 60 Изопарафиновое масло 40 95 Маслорастворимая смола 0,2 10,0
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что используют материалы и их содержание таковые, как указано в любом из пп. 1 9.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3