Способ получения реагента - стабилизатора бурового раствора

 

Использование: бурение нефтяных и газовых скважин. Сущность: смешивают полиакрилонитрильное волокно с водой, щелочью и с водорастворимым хлоридом металла. Затем проводят гидролиз при 96 - 98°С. Водорастворимый хлорид металла используют в количестве от 1 до 15% от массы полиакрилонитрильного волокна. 2 табл.

Изобретение относится к получению материалов, в частности к получению гидролизованных полиакрилонитрилов, используемых в качестве стабилизаторов буровых растворов на водной основе, применяемых для бурения нефтяных и газовых скважин.

Известен способ получения гидролизованного полиакрилонитрила [1] омылением полимеризованного акрилонитрила каустиком при соотношении полинака: NаOH - 1 : (0,7-1,0). Однако в данном способе используется дефицитное сырье и катализаторы и требуется высокая точность при дозировке ингредиентов.

Известен способ получения нитронного реагента (НР) (2), предусматривающий гидролиз нитронного (полиакрилонитрильного), волокна в водном растворе каустика при температуре 96-98^оС.

Недостатком данного способа является высокая длительность процесса гидролиза, составляющая 4-6 ч. Кроме того, буровые растворы на основе нитронного реагента характеризуются низкими значениями реологических параметров.

Задачей данного изобретения является ускорение процесса гидролиза и повышение структурообразующего действия реагента в буровом растворе.

Поставленная цель достигается тем, что в раствор щелочи перед гидролизом полиакрилонитрильного волокна (ПАН) вводят хлорид металла, взятый в количестве 1-15 мас.% полиакрилонитрильного волокна.

Предлагаемый способ получения гидролизованного полиакрилонитрила принципиально отличается от известного, поскольку при известном способе гидролиза полимерные молекулы находятся в виде клубков, что затрудняет доступ щелочного агента к функциональным группам полимера (сначала нитрильным, а затем появляющимся в процессе гидролиза амидным). В предлагаемом способе гидролиза полиакрилонитрила в присутствии указанных солей конформационная структура полимерных молекул резко меняется: молекулы полимера стремятся распрямиться, что сильно облегчает доступ щелочного агента к его функциональным группам и значительно ускоряет процесс гидролиза, что в свою очередь, снижает энергозатраты и увеличивает производительность процесса. Кроме того, развернутая структура полимера, приготовленного данным способом, обеспечивает повышенное структурообразующее действие реагента в буровом растворе, что сокращает расход материалов и затраты на обработку бурового раствора.

Таким образом, заявляемое техническое решение отвечает критерию существенные отличия и является полезным.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом: в водном растворе каустика растворяют расчетное количество хлорида металла, нагревают полученный раствор до 96-98^оС, затем вводят в него полиакрилонитрильное волокно и ведут гидролиз при указанной температуре до полного растворения волокна.

В табл. 1 представлены компонентный состав и время гидролиза полиакрилонитрильного волокна.

Технология приготовления реагента описана на примере образца, N 6 (табл. 1): к 915 мл воды добавляют 30 г NаOH и 5 г NaCl, перемешивают 5 мин, нагревают на водяной бане до температуры 96-98^оС. В полученный раствор вводят 50 г полиакрилонитрильного волокна и ведут гидролиз при указанной температуре в течение 145 мин до полного растворения волокон полимера.

В табл. 2 представлены свойства буровых растворов, обработанных различными образцами реагентов. В качестве базового бурового раствора выбрана глинистая суспензия, содержащая 4% бентонита и 11% дружковской глины, моделирующая показатели буровых растворов, применяющихся в Западной Сибири, по плотности ( = 1,10 г/см³) и коллоидной составляющей твердой фазы (С = 6 мас.%). Концентрация гидролизованного полиакрилонитрила в буровых растворах составляет 0,2%, что является типичным для данных условий бурения и обеспечивает требуемые реологические и фильтрационные свойства бурового раствора.

Технология приготовления бурового раствора описана на примере раствора N 3 (табл. 2): в 424 мл воды засыпают 20 г бентонита и 55 г дружковской глины, перемешивают 1 ч и вводят в раствор 1 г реагента-стабилизатора в пересчете на сухое вещество, перемешивают 30 мин и замеряют плотность, условную вязкость, показатель фильтрации, коэффициент сдвига корки, водородный показатель, пластическую вязкость, динамическое и статическое напряжение сдвига.

Анализ экспериментальных данных, приведенных в табл. 1 и 2, свидетельствует, что присутствие хлоридов металлов в количестве 1-15% к весу полиакрилонитрильного волокна сокращает время его гидролиза в 1,5-2 раза и повышает структурообразующие свойства гидролизованного полиакрилонитрильного реагента, обеспечивая более высокие реологические свойства буровых растворов (условная вязкость, динамическое и статическое напряжение сдвига) по сравнению с прототипом. При содержании хлоридов менее 1% они не оказывают заметного влияния на время гидролиза и структурообразующее действие реагента. При содержании хлоридов металлов свыше 15% по отношению к полиакрилонитрильным волокнам начинается высаливание реагента, что сопровождается увеличением длительности процесса гидролиза и падением структурообразующего и стабилизирующего действия реагента.

Применение предлагаемого способа получения гидролизованного полиакрилонитрила обеспечит по сравнению с прототипом сокращение времени гидролиза, уменьшение энергозатрат и повышение производительности процесса, а также снижение расхода реагентов на обработку бурового раствора.

Кроме того, использование данного способа открывает возможность использования в процессе гидролиза полиакрилонитрильных волокон щелочных агентов, загрязненных хлоридами металлов, в отличие от химически чистых продуктов, используемых в прототипе.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕАГЕНТА - СТАБИЛИЗАТОРА БУРОВОГО РАСТВОРА, включающий смешение полиакрилонитрильного волокна со щелочью и водой с последующим гидролизом полиакрилонитрильного волокна при температуре 96 - 98^oС, отличающийся тем, что перед гидролизом полиакрилонитрильного волокна в воде растворяют щелочь и дополнительно вводят водорастворимый хлорид металла в количестве от 1 до 15% от массы полиакрилонитрильного волокна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2