карбоксиметилированный химический реагент для буровых промывочных жидкостей

Формула изобретения

Карбоксиметилированный химический реагент для буровых промывочных жидкостей с карбоксиметильными группами, включающий карбоксиметилированную целлюлозу и хлорид натрия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит карбоксиметилированный лигнин, карбоксиметилированные гемицеллюлозы, незамещенные целлюлозу, лигнин, гемицеллюлозы при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Карбоксиметилированная целлюлоза - 27 - 38

Карбоксиметилированный лигнин - 15 - 23

Карбоксиметилированные гемицеллюлозы - 15 - 22

Незамещенные целлюлозы, лигнин, гемицеллюлозы - 3 - 7

Хлорид натрия - 21 - 25

при общем содержании в полученном карбоксиметилированном лигноуглеводном химическом реагенте карбоксиметильных групп 18,5 - 33,5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения скважин предприятиями нефтяной и газовой промышленности и геологической службы. Карбоксиметилированный химический реагент (XP) может быть использован в буровых промывочных жидкостях с целью регулирования их свойств.

Применяемые в бурении в настоящее время высоковязкие марки карбоксиметилцелюлозы (КМЦ) получают из целлюлозы, предназначенной для химической переработки [1]. Они отличаются главным образом значениями степени полимеризации и степени замещения. Основное функциональное назначение КМЦ - снижение показателя фильтрации буровых промывочных жидкостей, которое сопровождается их загущением, и тем интенсивнее, чем выше в промывочной жидкости содержание твердой фазы - глины.

В процессе синтеза КМЦ к реакционной массе добавляют антиоксиданты, которые снижают термоокислительную деструкцию. В качестве антиоксидантов используют кристаллический фенол, фенол из тонких сланцев, фенолформальдегидные смолы, феноллигниновые смолы, гидрохинон и другие. В предлагаемых нами XP наряду с карбоксиметилированными целлюлозой и гемицеллюлозами содержатся карбоксиметилированные вещества лингинного характера, которые способны выполнять функцию антиоксидантов. Кроме того, XP получены непосредственным карбоксиметилированием растительного сырья, что значительно снижает его стоимость по сравнению с препаратами КМЦ, получаемыми из целлюлозы, предназначенной для химической переработки. Использование предлагаемого нами материала имеет как экономический, так и экологический эффекты. Экологический эффект заключается в том, что целлюлозусодержащий материал карбоксиметилируют без разделения последнего на компоненты, они все входят в состав продукта (и лигнин, и гемицеллюлозы) и не являются отходами, служащими источником загрязнения окружающей среды.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому объекту является карбоксиметилированный химический реагент для буровых промывочных жидкостей с карбоксиметильными группами, включающий карбоксиметилированную целлюлозу 46 - 50 мас.%, хлорид натрия до 25 мас.%, гликолевокислый натрий до 25 мас.%, гидроксид натрия до 2 мас. % и карбонат натрия до 2 мас.% (прототип), который совпадает с ХР по таким признакам, как наличие карбоксиметильных групп, карбоксиметилированной целлюлозы и хлорида натрия [2].

К недостаткам прототипа следует отнести то, что он содержит только карбоксиметилированную целлюлозу и неорганические компоненты. КМЦ подвергается термоокислительной деструкции, поэтому использование прототипа в буровых промывочных жидкостях требует обязательного введения антиоксидантов. Кроме этого, отсутствие лигнина в составе прототипа вызывает загущение буровых растворов. Предлагаемый нами материал содержит в своем составе вещества лигнинного характера, устраняющие эти недостатки прототипа. К недостаткам прототипа относится также его высокая стоимость. Стоимость же заявляемого КМЛУХР на порядок ниже стоимости прототипа.

Сущность изобретения заключается в том, что получен карбоксиметилированный химический реагент для буровых промывочных жидкостей с карбоксиметильными группами, включающий карбоксиметилированную целлюлозу и хлорид натрия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит карбоксиметилированный лигнин, карбоксиметилированные гемицеллюлозы, незамещенные целлюлозу, лигнин, гемицеллюлозы при следующем соотношении компонентов (в мас.%): карбоксиметилированная целлюлоза 27 - 38, карбоксиметилированный лингин 15 - 23, карбоксиметилированные гемицеллюлозы 15 - 22, незамещенные целлюлозы, лигнин, гемицеллюлозы 3 - 7, хлорид натрия 21 - 25 при общем содержании в полученном карбоксиметилированном лигноуглеводном химическом реагенте карбоксиметилированных группы 18,5 - 33,5.

Осуществление изобретения достигается следующим образом. XP получают обрабатывая лигноуглеводные материалы в виде опилок (древесина различных пород, тростник и т.д.) влажностью 6 - 8% последовательно NaOH, затем монохлоруксусной кислотой (МХУК) при 60^oC в течение 3 часов при периодическим механическом измельчении либо смесью NaOH и (натриевой соли монохлоруксусной кислоты) Na-МХУК при 20 - 60^oC в течение 3 часов при периодическом механическом измельчении. В обоих способах карбоксиметилирования соотношение ЛУМ-OH: NaOH:Na-МХУК 1 : 1 : 1. Cостав конечного продукта определяется видом исходного сырья, т.е. содержанием в нем основных компонентов: целлюлозы, лингина, гемицеллюлоз. Состав и строение XP идентифицировали методами химического анализа, ИК-спектроскопии. ИК-спектры XP содержат характеристичные полосы в областях 3400 - 3600 см^-1, ответственные за валентные колебания гидроксильных групп, включенных в водородную связь, 2900 - 3000 см^-1, ответственные за колебания метиленовой группы, 1600 см^-1 - 1380 см^-1, соответствующие валентным колебаниям карбоксилат-иона, 1550 - 1400 см^-1, обусловленные колебаниями связей в лигнинных веществах.

Состав и свойства XP приведены в таблице 1.

Процентное содержание карбоксиметилированных компонентов (целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы), представленное в табл. 1, определяется количеством этих компонентов в исходном сырье.

Синтезированный химический реагент (XP) был испытан в качестве добавки к буровым промывочным жидкостям, который по ряду свойств значительно превосходит КМЦ-600, используемую для этих целей в настоящее время (табл. 2)

Данные, приведенные в таблице, показывают, что КМЛУХР обеспечивает одновременное снижение показателя фильтрации (ПФ), статического и динамического напряжения сдвига (СНС и ДНС) глинистых растворов и практически не влияет на их основные реологические свойства: пластическую вязкость (ПВ) и условную вязкость (УВ). Базовые реагенты (КМЦ-600) снижают показатель фильтрации более эффективно, но вызывают при этом существенный рост всех или большей части показателей реологических (УВ, ПВ, ДНС) и структурно-механических (СНС 1/10) свойств глинистых растворов. Значительное преимущество XP по сравнению с базовыми реагентами заключается в одновременном снижении ПФ, СНС, ДНС глинистых растворов, при этом не оказывая значительного влияния на ПВ и УВ.

Литература

1. Петропавловский Г.А. Гидрофильные частично замещенные эфиры целлюлозы и их модификация путем химического сшивания. -Л.: Наука, 1988. - 296 с.

2. Городнов В.Д. Исследование глин и новые рецептуры глинистых растворов. - М.: Недра, 1975. с. 71-85.