Способ приготовления реагента для обработки буровых растворов

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к производству химических реагентов для обработки буровых растворов. Способ включает взаимодействие лигносульфоната с содержанием железа 0-7,5 мас.ч. с модифицирующим агентом - акриловой кислотой, метилакрилатом, акрилонитрилом в водной среде при нагревании до 97-100^oС путем привитой радикальной сополимеризации лигносульфоната и модифицирующего агента в присутствии инициатора реакции, охлаждение массы до 25^oС с последующей сушкой до получения сухого вещества. Лигносульфонат и модифицирующий агент предварительно продувают аргоном. Массовое соотношение лигносульфоната и модифицирующего агента составляет 10:10 - 10:0,5, количество инициатора реакции 0,15-2,8 мас.ч. Изобретение позволяет улучшить фильтрационные свойства бурового раствора и одновременно снизить условную вязкость этого раствора. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к производству химических реагентов для обработки буровых растворов.

Известны способы получения буровых реагентов - модифицированных лигносульфонатов с целью усиления их влияния на реологические свойства глинистых растворов (А. с. 108668, кл. С 09 К 7/02, 1955). Однако реагент, полученный таким способом, слабо регулирует реологические показатели глинистых растворов, является недостаточно термостойким.

Известен наиболее близкий способ получения реагента, применяемого для буровых растворов и принятый за прототип. Способ включает взаимодействие лигносульфоната с модифицирующим агентом в водной среде при нагревании, путем привитой радикальной сополимеризации лигносульфоната и модифицирующего агента в присутствии инициатора реакции. Реакцию останавливают путем охлаждения массы до 25^oС, а затем сушат до получения сыпучего порошка. В качестве модифицирующего агента используют реагенты акрилового ряда: акриловую кислоту, метилакрилат, акрилонитрил. Инициатор реакции присутствует в количестве 0,1-3,0 м.ч. (US 4374738, 22.02.1983 (9 стр.)).

Реагент, полученный этим способом, достаточно термостоек и является эффективным разжижителем, не ухудшая фильтрационных свойств бурового раствора. Однако эффективность прототипа по улучшению фильтрационных свойств бурового раствора недостаточна.

Технической задачей, решаемой в данном предложении, является улучшение качества акрилового лигносульфонатного реагента путем одновременного усиления его влияния на фильтрационные и реологические (разжижение) свойства бурового раствора.

Данная техническая задача достигается тем, что по предлагаемому способу приготовления реагента для обработки буровых растворов, включающего взаимодействие лигносульфоната с модифицирующим агентом в водной среде при нагревании путем привитой радикальной сополимеризации в присутствии инициатора реакции, охлаждение массы до 25^oС с последующей сушкой до получения сухого порошка, использование в качестве модифицирующего агента реагентов акрилового ряда: акриловую килоту, метилакрилат, акрилонитрил, согласно предлагаемому изобретению массу предварительно продувают аргоном, модифицирование лигносульфоната проводят при 97-100^oС, причем массовое соотношение их составляет 10:10-10:0,5, количество инициатора 0,15-2,8 м.ч., содержание железа в лигносульфонате 0-7,5 м.ч.

В качестве инициатора радикальной полимеризации целесообразно использовать водорастворимые персульфаты аммония или калия, а также перекись водорода с концентрацией не ниже 30%.

Предварительная продувка аргоном необходима для того, чтобы удалить из системы растворенный воздух с содержащимися в нем микропримесями свободных радикалов, могущими стать дополнительными инициаторами образования поперечных связей между лигносульфонатными звеньями. При такой поперечной сшивке увеличивается молекулярный вес сополимера, что вызывает уменьшение растворимости продукта в воде и водных буровых растворах.

При получении прототипа сополимеризация проводится при 70-80^oС. Данная температура позволяет получить сополимер, обладающий разжижающими свойствами и достаточной термостойкостью. Однако для придания продукту сополимеризации свойства регулирования фильтрационных характеристик бурового раствора необходимо проводить сополимеризацию при 97-100^oС.

Ионы металлов переменной валентности каталитически ускоряют разложение перекиси водорода. Таким образом, добавка к лигносульфонату 0:7,5 м.ч. железа не только благотворно влияет на свойства полученного сополимера, но и исключает возможность наличия остаточной перекиси в конечном продукте. При внесении избытка солей железа разложение инициатора будет настолько быстрым, что реакция сополимеризации может не пройти. Установлено (см. таблицу п.5-6) положительное влияние ионов железа на фильтрационные характеристики бурового раствора.

Эффективность прививки возрастает с увеличением концентрации инициатора. Целесообразно использовать инициатор в количествах до 2,8% на лигносульфонат. Использование больших количеств инициатора создает трудности контроля процесса полимеризации.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ отличается от известного режимными параметрами, соотношением компонентов. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

При создании прототипа ставилась задача создать эффективный термостойкий разжижитель бурового раствора на водной основе. При применении большинства разжижителей ухудшаются фильтрационные свойства раствора - при уменьшении вязкости растет водоотдача. Для стабилизации параметров требуется применение дополнительных полимерных реагентов (например, КМЦ) в комплексе с разжижителями. Прототип разжижает буровой раствор, не увеличивая его водоотдачу.

Задачей изобретения является разжижение бурового глинистого раствора с одновременным снижением водоотдачи.

Модифицирование лигносульфоната акриловым реагентом, проведенное при температуре 97-100^oC, позволяет достичь двойного результата - по усилению разжижения и улучшению показателя фильтрации буровых растворов - благодаря полученному в результате реакции сополимеризации соединению лигносульфоната с акриловым реагентом, а также гомополимеру акрилового реагента. Сополимер в отличие от немодифицированного лигносульфоната имеет активные функциональные группы СОО-, -CONH₂, -CN, которые обуславливают высокую адсорбцию его на частицах глины, обеспечивая высокую разжижающую способность нового реагента. В то же время сополимер имеет более высокую степень полимеризации, чем в исходном лигносульфонате. Поэтому гомополимер акрилового реагента и сополимер совместно обусловливают усиленную водоудерживающую способность нового реагента, что усиливает его влияние на фильтрационные свойства глинистых растворов.

Таким образом, по заявленному способу получения акриловый лигносульфонатный реагент придает глинистому буровому раствору новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "изобретательский уровень".

В таблице приведены некоторые составы с акриловой кислотой (АК), метакрилатом (МА), акрилонитрилом (АН).

Примеры приготовления составов приведены в таблице.

Пример 3.

К 100 м.ч. 50%-ного водного раствора лигносульфоната добавляется 50 м.ч. акриловой кислоты. Для понижения вязкости системы вводится 25 м.ч. воды. Масса продувается аргоном для удаления растворенного воздуха. Температура поднимается до 60-70^oС. Затем вводится инициатор полимеризации в количестве 0,16 м.ч. Начало полимеризации фиксируется по самопроизвольному подъему температуры до 80-90^oС. Далее температура доводится до 97-100^oС и процесс продолжается в течение 3 ч. Реакция прекращается охлаждением массы до 25^oС.

Пример 6.

К 100 м. ч. 50%-ного водного раствора железосодержащего (Fe 7,5 м.ч.) лигносульфоната добавляется 0: 5,0 м. ч. эмульгатора и 50 м.ч. акриловой кислоты. Далее процесс ведут как в предыдущем примере.

Результаты проведенных сравнительных испытаний приведены в таблице.

Как видно из таблицы, аналог 1 положительно регулирует лишь фильтрационный показатель глинистого раствора, снижая его с 14 см³ до 7 см³, на реологические показатели влияет отрицательно, вызывая загущение раствора.

Из таблицы видно, что наилучшие результаты дает сополимер лигносульфоната с акриловой кислотой при концентрации АК 0,5-10 м.ч. (пример 5-8 табл.) и содержанием Fe 1-7,5 м.ч. (пример 5,6).

При снижении количества акрилового агента ниже 0,5 м.ч. происходит ухудшение свойств сополимера (пример 2, 10, 16), а увеличение выше 10 м.ч. экономически нецелесообразно.

Предлагаемый способ позволяет получать растворы, снижающие показатель фильтрации от 14 см³ до 6,6 см³ при одновременном понижении условной вязкости от 84 до 27 с, СНС 1/10 от 198/261 до 3/12 дПа.

Формула изобретения

Способ приготовления реагента для обработки буровых растворов, включающий взаимодействие лигносульфоната с модифицирующим агентом в водной среде при нагревании путем привитой радикальной сополимеризации лигносульфоната и модифицирующего агента в присутствии инициатора реакции, охлаждение массы до 25^oС с последующей сушкой до получения сухого вещества, использование в качестве модифицирующего агента реагентов акрилового ряда: акриловую кислоту, метилакрилат, акрилонитрил, отличающийся тем, что массу предварительно продувают аргоном, модифицирование проводят при 97-100^oС, массовое соотношение лигносульфоната и модифицирующего агента составляет 10: 10-10: 0,5, количество инициатора реакции 0,15-2,8 мас. ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют лигносульфонат с содержанием железа 0-7,5 мас. ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1