способ получения реагента-ингибитора со стабилизирующими свойствами для обработки пресного бурового раствора

Формула изобретения

Способ получения реагента-ингибитора со стабилизирующими свойствами для обработки пресного бурового раствора, заключающийся в гидролизе полиакрилонитрильного волокна гидроокисью калия, отличающийся тем, что гидролиз проводят при температуре 97-100°C и периодическом перемешивании в течение 4-5 ч, на завершающей стадии гидролиза в реагент вводят формиат калия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полиакрилонитрильное волокно (на сухое в-во)	8,0-10,0
гидроокись калия	8,0-10,0
формиат калия	4,0-4,5
вода	75,5-80,0

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к способам получения реагентов-ингибиторов, обладающих дополнительными стабилизирующими свойствами, для обработки буровых растворов на водной основе, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин.

Известен способ получения ингибитора-флокулянта /1/, который используют в буровых растворах. В качестве ингибитора-флокулянта используют гидрофобизатор и ВВ-1 на основе смеси алкилдиметилбензиламмонийхлорида четвертичными аммониевыми солями диметиламина и третичного амина, полученной путем конденсации алкилдиметаламина и бензилхлорида.

Недостатком данного ингибитора является то, что он не обладает стабилизирующими свойствами и поэтому в буровой раствор необходимо дополнительно вводить реагент-стабилизатор.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ получения калий-полиакрилатного реагента Колпана /2/, заключающийся в гидролизе полиакрилонитрила (ПАН) гидроокисью калия (КОН), причем на завершающей стадии процесса гидролиза в реагент вводят хлористый калий (KCl) в массовых долях 10%. Готовый реагент представляет собой гомогенную вязкую жидкость 10%-ной концентрации полиакрилонитрила. Температура замерзания ниже -5°C.

Недостатком является то, что полученный таким способом реагент обладает недостаточно высокими ингибирующими свойствами, а также повышает условную вязкость и в меньшей степени, чем предлагаемый, понижает фильтрацию пресных буровых растворов на водной основе.

Задачей изобретения является улучшение ингибирующих свойств реагента для обработки пресных буровых растворов на водной основе с приданием ему стабилизирующих свойств.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения реагента-ингибитора со стабилизирующими свойствами для обработки пресного бурового раствора, заключающемся в гидролизе полиакрилонитрильного волокна гидроокисью калия, согласно изобретению, гидролиз проводят при температуре (97-100)°C и периодическом перемешивании в течение 4-5 часов, на завершающей стадии гидролиза в реагент вводят формиат калия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полиакрилонитрильное волокно (на сухое в-во)	- 8,0-10,0
гидроокись калия	- 8,0-10,0
формиат калия	- 4,0-4,5
вода	- 75,5-80,0

Изобретение иллюстрируется графиком, где приведена зависимость изменения линейного расширения глинистых образцов.

Предлагаемый способ получения реагента-ингибитора со стабилизирующими свойствами отличается от известного введением в реагент нового компонента - формиата калия (HCO₂K).

Буровой раствор должен обладать ингибирующими свойствами для уменьшения объема наработки раствора. Присутствие ионов K ⁺ снижает возможность набухания частичек глинистой породы, попадающих в буровой раствор в виде шлама, а также способствует сохранению устойчивости стенки скважины. Формиат калия придает полимерному реагенту гидрофобизирующие свойства, усиливающие эффект ингибирующей способности.

Оптимальное количество ингредиентов, приведенных в формуле, обосновывается следующим образом. Увеличение количества полимера в рецептуре более чем 10 мас.% не целесообразно из-за увеличения стоимости продукции, а уменьшение (менее 8 мас.%) - из-за снижения стабилизирующих свойств реагента (табл.1). Снижение количества вводимой гидроокиси калия приведет к повышению времени проведения гидролиза (а, следовательно, к повышению расхода энергии), увеличение количества - к необоснованному удорожанию продукции и повышению фильтрации раствора.

Приведем примеры осуществления данного способа получения реагента-ингибитора со стабилизирующими свойствами в лабораторных условиях.

Пример 1.

Для расчета количества полиакрилонитрильного волокна необходимо определить его исходную влажность. Зная влажность, рассчитывают количество товарного ПАН в пересчете на сухое вещество.

Для приготовления 1 л реагента в коническую колбу объемом 2 л помещают 100 г (в пересчете на сух. в-во) волокна ПАН, добавляют 100 г гидроокиси калия и до отметки 1 л заливают водопроводной водой. Помещают колбу на электроплитку и проводят гидролиз при температуре (97-100)°C с периодическим перемешиванием в течение 4-5 часов до полного растворения полиакрилонитрильного волокна. В случае испарения воды подливают ее до отметки 1 л. В конце гидролиза добавляют 30 мл (или 45 г) формиата калия.

Для приготовления пресного глинистого бурового раствора в стакан наливают 920 см³ воды питьевой и насыпают (80±0,5) г глинопорошка. Содержимое перемешивают миксером или мешалкой с числом оборотов не менее 7000 в минуту в течение 20-30 мин.

Раствор глинопорошка в воде оставляют для набухания на 24 часа, затем перемешивают миксером или мешалкой с числом оборотов не менее 7000 в минуту в течение 20 минут.

Для определения ингибирующих и стабилизирующих свойств полученного реагента необходимо провести им обработку пресного глинистого раствора. Для этого к 500 мл пресного глинистого раствора при постоянном перемешивании постепенно вводят 10 мл (2 об.% к объему раствора) реагента. Раствор перемешивают в течение 30-40 минут.

Пример 2.

Для приготовления 1 л реагента с другим количеством активного вещества в коническую колбу объемом 2 л помещают 80 г (в пересчете на сух. в-во) волокна ПАН, добавляют 100 г гидроокиси калия и до отметки 1 л заливают водопроводной водой. Помещают колбу на электроплитку и проводят гидролиз при температуре (97-100)°C при периодическом перемешивании в течение 4-5 часов до полного растворения нитронного волокна. При испарении воды подливают ее до отметки 1 л. В конце гидролиза добавляют 25 мл (или 40 г) формиата калия. Приготовление пресного глинистого раствора и обработку реагентом осуществляют аналогично описанию этого процесса в примере 1. По аналогии проводят приготовления реагента по другим вариантам рецептуры.

Технологические параметры пресных глинистых растворов (плотностью 1,04 г/см ³), обработанных реагентами-ингибиторами, и приготовленных согласно примерам, приведены в таблице 1.

Как видно из табл.1 увеличение количества волокна ПАН, КОН и HCO ₂K в рецептуре реагента (рецептуры № 7, 8 и 9) ухудшают стабилизирующие свойства глинистого раствора, т.е. повышаются значения условной вязкости и фильтрации.

Снижение времени проведения гидролиза и содержания гидроксида калия (рецептуры № 1 и 4) ведет к неполной степени гидролиза.

Рецептуры № 2 и 3, 5 и 6 содержат оптимальное количество ингредиентов для реализации способа получения реагента-ингибитора со стабилизирующими свойствами для обработки пресного бурового раствора.

Таблица 1
Наименова ние параметра	8%-ный палыгорскитовый раствор	Содержание компонентов в рецептуре реагента-ингибитора со стабилизирующими свойствами, мас.%
		№ рецептуры	1	2	3	4	5	6	7	8	9
		ПАН -	10	10	10	10	8	8	8	11	10
		КОН -	10	10	8	7	8	10	11	10	10
		HCO2K -	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	4	5	4,5	5
		H2O -	75,5	75,5	77,5	78,5	79,5	78	76	74,5	75
		Время гидролиза, ч	3,5	4	5	5	5	4,5	4,5	5	4
Вязкость, с	24	-	-	30	35	-	39	36	45	50	34
Филь трация, см3/30 мин	65	-	-	7	8	-	8	9	12	11	10
Степень гидролиза реагента *	-	-	непол ная	полная	полная	непол ная	полная	полная	полная	полная	полная
*Неполная степень гидролиза - если в реагенте присутствуют не растворившиеся волокна ПАН.

В табл.2 приведены сравнительные значения технологических параметров пресных глинистых растворов, обработанных реагентами, приготовленными согласно известному и предлагаемому способам.

Таблица 2
Наименование параметра	№ 1	№ 2	№ 3
	8%-ный палыгорскитовый раствор (исходный раствор)	№ 1+2 об.% Колпана (прототип)	№ 1+2 об.% реагента-ингибитора со стабилизирующими свойствами (время гидролиза - 5 ч)
	-	ПАН - 10%,	ПАН - 10%,
		КОН - 10%,	КОН - 10%,
		KCl - 10%,	HCO2K - 4,5%,
		H 2O - 70%	H2O - 75,5%
Вязкость, с	24	46	30
Фильтрация, см3/30 мин	65	12	7

Как видно из таблицы 2, значения технологических параметров (условная вязкость и фильтрация) пресного глинистого раствора, обработанного предлагаемым реагентом-ингибитором со стабилизирующими свойствами, ниже, чем у раствора, обработанного Колпаном, что говорит о его лучшей стабилизирующей способности.

Ингибирующее действие реагентов определялось на приборе OFITE LINEAR SWELL METER (тестер линейного расширения глинистого образца) /З/. На графике показано изменение во времени линейного расширения глинистых образцов в контрольном варианте - 8%-ом палыгорскитовом растворе (кривая 1) и исследуемых пресных палыгорскитовых растворах, обработанных реагентом-ингибитором со стабилизирующими свойствами (прототипом и предлагаемым реагентом -кривые 2 и 3 соответственно) при температуре 40°C.

Из графика видно, что в пресном глинистом растворе, обработанном предлагаемым реагентом-ингибитором (кривая 3), процент линейного расширения глинистого образца во времени при температуре 40°C ниже, чем в среде раствора, обработанного Колпаном (прототипом - кривая 2). Увеличение количества формиата калия существенно не повышает ингибирующую способность реагента.

Осуществление способа получения реагента-ингибитора со стабилизирующими свойствами на производстве (технологическая цепочка) производится в несколько этапов:

- измельчение полиакрилонитрильного волокна;

- определение влажности волокна;

- определение количества загружаемых в реактор компонентов из расчета:

полиакрилонитрильное волокно (на сухое вещество) - 8-10 мас.% от объема готовой продукции,

гидроокись калия - 8-10 мас.% от объема готовой продукции,

формиат калия - 4,0-4,5 мас.% (2,5-3,0 об.%),

вода - (до объема готовой продукции);

- загрузка исходных компонентов и воды в реактор;

- проведение гидролиза волокна при температуре 97-100°C при периодическом перемешивании в течение 4-5 часов;

- пережим-фильтрование реагента;

- улавливание выделяющегося аммиака;

- слив и усреднение готовой продукции;

- определение основных параметров реагента согласно техническим условиям.

Реагент считается готовым, когда волокно полностью прореагирует с гидроокисью калия и будет соответствовать техническим нормам.

Таким образом, способ получения реагента-ингибитора со стабилизирующими свойствами, заключающийся в проведении гидролиза полиакрилонитрильного волокна в среде гидроокиси калия в течение 4-5 часов и вводом в конце гидролиза формиата калия, позволил получить реагент, обладающий лучшими ингибирующей и стабилизирующей способностями. Обработка пресного глинистого бурового раствора данным реагентом-ингибитором позволит снизить осложненность бурения надсолевого комплекса пород путем снижения наработки бурового раствора и повышения устойчивости глинистых пород.

Источники информации

1. RU 2006498 C1, МПК C09K 7/02, 30.01.1994

2. RU 2242492 C2, МПК C09K 7/02, 2004.07.20

3. http://www.ofite.com/products/150-80.asp