СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОЛИРУЮЩЕГО ГЕЛЕОБРАЗУЮЩЕГО РАСТВОРА НА ВОДНОЙ ОСНОВЕ
METHOD TO PRODUCE ISOLATING GEL-FORMING WATER-BASED SOLUTION

Изобретение относится к области получения изолирующего гелеобразующего раствора на водной основе и может быть использовано в строительной индустрии, нефте-газодобывающей отрасли для изоляции водопритоков, при работах по увеличению нефтеотдачи.
Известен способ получения бурового раствора (Патент РФ №2304605, Кл. C09K 8/08, опубл. 20.08.2007) на основе биополимеров с использованием полисахаридов растительного или микробного происхождения. Полученные буровые растворы в виде гелей обладают псевдопластичностью, устойчивы в высоко минерализованных средах, что обеспечивает их разнообразное практическое применение. Недостатком биополимерных буровых растворов в виде гелей является то, что биополимеры подвержены окислительной, биологической и кислотной деградации, для чего требуется включение в состав гелей бактерицидов и антиоксидантов. Кроме того, вязкость растворов обратимо падает при температурах выше 70-80°C.
Известен способ изоляции водопритоков с использованием водного раствора жидкого стекла с кремнеземным модулем (Патент РФ №2158352, Кл. E21B 33/138, E21B 43/32, опубл. 27.10.2000), основанный на подкислении водного раствора жидкого стекла (силиката натрия) соляной кислотой, при этом образуются жесткие гелеобразующие растворы, которые устойчивы в широком интервале температур, пресной и соленой воде, в кислой среде. Это обусловило их применение в различных областях техники. Данный способ является наиболее близким к заявленному способу по технической сущности и достигаемому результату и принят за прототип.
Недостатком указанного способа является недостаточная надежность и эффективность способа, т.к. при стоянии гелеобразующие растворы на основе жидкого стекла «уплотняются», вследствие чего происходит их расслаивание и выделение водной фазы, поэтому продолжительность эффекта изоляции с их помощью ограничена, как правило, двумя месяцами.
Техническим результатом заявленного способа является повышение надежности и эффективности способа за счет создания условий для стабилизации изолирующих гелеобразующих растворов (силикатных гелей) во времени при сохранении всех практически ценных их свойств, а также возможность избежать включения бактерицидов и оксидантов.
Результат достигается за счет того, что в способе получения изолирующего гелеобразующего раствора на водной основе, содержащего водный раствор жидкого стекла с кремнеземным модулем, включающим оттитровывание соляной кислотой, согласно изобретению, армируют данный раствор щелочерастворимым растительным галактоглюкоманнаном, и соляной кислотой оттитровывают полученный раствор, значение pH которого задают в пределах 8,5-11,4, необходимых для перехода галактоглюкоманнана в нерастворенное состояние, при этом компоненты изолирующего гелеобразующего раствора используют в следующем составе, % вес: галактоглюкоманнан 0,1-0,5, жидкое стекло 5-8, остальное - вода.
При использовании в качестве биополимера щелочерастворимого растительного галактоглюкоманнана выявлено следующее. Сам щелочерастворимый галактоглюкоманнан никаких гелей не дает. При подкислении он просто выпадает в осадок. Подкисление щелочного раствора галактоглюкоманнана нельзя рассматривать как один из способов получения геля. Однако, исследования выявили неожиданный результат - добавка щелочерастворимого полимера (галактоглюкоманнана), который в водном растворе находится в осадке, в растворе жидкого стекла армирует его по всему объему, что позволяет улучшать (армировать) гелеобразующий раствор жидкого стекла. Галактоглюкоманнаны представляют собой компонент биополимерного комплекса, содержащегося в высших растениях и ежегодно возобновляемого в процессе фотосинтеза. Содержание галактоглюкоманнанов в растениях на сухой остаток достигает 18%. Основа силиката натрия - песок.
Таким образом, оба компонента - галактоглюкоманнан и силикат натрия представляют собой вещества, сырье для получения которых, практически, не ограничено.
В качестве галактоглюкоманнана используют щелочерастворимый трудно гидролизуемый полисахарид, выделенный в любой из пород древесины, перечисленных в таблице 1, и содержащих остатки галактозы, глюкозы и маннозы в соотношениях, приведенных в указанной таблице.
Основная цепь молекул полисахарида состоит из β1-4 связанных остатков маннозы и глюкозы, остатки галактозы присоединены к основной цепи 1-6 гликозидными связями.
В качестве жидкого стекла может быть использовано средне модульное жидкое стекло - 2,0-2,8, т.е. 2-2,8 части песка на 1 часть щелочи, т.к. оно самое распространенное.
Граничные значения содержания галактоглюкоманнана и жидкого стекла в растворе определены экспериментальным путем, при которых полученный раствор сохраняет заданные свойства.
Время стабилизации изолирующего гелеобразующего раствора на водной основе зависит от pH среды. В результате исследований выявлено время перехода галактоглюкоманнан в нерастворенное состояние в зависимости от pH. Данная зависимость представлена в таблице 2.
Таблица 2
pH
20°C
40°C
11,4
600 час.
240 час.
11,2
300 час.
120 час.
11,1
20 час.
12 час.
10,5
5 час.
1 час.
10,0
15 мин.
10 мин.
9,0
1 мин.
25 сек.
8,5
20 сек.
10 сек.
Полученные результаты совпадали с данными, представленными в таблице 1.
Величина pH среды от 8,5-11,4 выбрана исходя из следующего. То, сколько времени среда находится в состоянии раствора, зависит от pH среды. Чем ниже pH среды, тем короче это время, что следует из Таблицы 2. При величине pH среды выше 11,4, продолжительность состояния среды в виде раствора слишком большая и нецелесообразна, при величине pH среды ниже 8,5 напротив, переход галактоглюкоманнана в нерастворенное состояние протекает слишком быстро, что также нецелесообразно.
Заявленный способ может быть проиллюстрирован следующими примерами.
Пример 1. Для приготовления изолирующего гелеобразующего раствора на водной основе к 5,5%-ному раствору жидкого стекла (силиката натрия) с кремнеземным модулем 3,0 в пресной воде при перемешивании добавляли 0,2% вес. галактоглюкоманнана, щелочерастворимого трудно гидролизуемого полисахарида, выделенного из одного из пород древесины, приведенных в таблице 1, например из пихты, который растворяли в сильно щелочной среде, обусловленной силикатом натрия. При этом образуется гомогенная слегка опалесцирующая смесь. Смесь подкисляли 10%-ным раствором соляной кислоты. Полученный раствор выдерживали при pH 11,4. При этом галактоглюкоманнан переходил в нерастворенное состояние по всему объему, армируя тем самым образующуюся поликремневую кислоту (силикатный гель). Полученный раствор выдерживали при 75°C в течение 60 дней. При этом каких-либо изменений не наблюдалось.
Пример 2. Для приготовления изолирующего гелеобразующего раствора на водной основе, аналогично примеру 1, в качестве галактоглюкоманнана использовали щелочерастворимый галактоглюкоманнан, выделенный из пород древесины, представленных в таблице 1, например из сосны обыкновенной. Гелеобразующий раствор готовили как и в предыдущем примере. Раствор приготавливали с использованием 0,08-0,52% вес. галактоглюкоманнана и 4,5-5,5% вес. жидкого стекла. Полученный раствор подкисляли и выдерживали при pH 8,5. При содержании галактоглюкоманнана в гелеобразующем растворе 0,1% вес. и выше отделения воды не наблюдалось. При содержании галактоглюкоманнана 0,5% и ниже, гелеобразующий раствор сохранял устойчивость при pH 2,0 в течение 60 дней при 30°C.
При содержании силиката натрия ниже 5% гелеобразующий раствор становится рыхлым, при содержании силиката натрия выше 8% наблюдается слабое отделение воды.