СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕАГЕНТОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ
METHOD FOR OBTAINING REAGENTS FOR DRILLING FLUIDS

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано в производстве буровых реагентов.
Известен способ получения бурового реагента (Патент РФ №2451042, кл. C08L 97/00, С09К 8/10, С09К 8/02, опубл. 20.05.2012), включающий обработку лигносульфоната бихроматом щелочного металла в кислой среде до pH 1-1,5 при введении в реакционную зону элементарной серы, с последующей нейтрализацией кислоты гидроксидом натрия до pH 4-5 и высушивание. Кислая среда создается путем добавления серной кислоты.
Недостатком реагента является его низкая термостабильность.
4
Известен способ приготовления реагента-стабилизатора для обработки глинистых растворов путем взаимодействия лигносульфонатов с бихроматом щелочных металлов в кислой среде, где для ускорения реакции окисления, осуществляемой на холоду, в реагирующую смесь вводят в порошкообразном виде соли, обладающие способностью в водном растворе повышать кислотность. В качестве таких солей используют кислые соли неорганических многоосновных кислот, например фосфорной, или соли сильных кислот и слабых оснований, например сульфат железа (А.с. СССР. №546642, кл. С09К 7/00, опубл. 15.02.1977). Сульфат двухвалентного железа FeSO является также восстановителем. Состав обладает эффективным понижением водоотдачи глинистого раствора.
Недостатком способа является удорожание продукта из-за значительного расхода кислых солей, составляющего 10-25% масс, от количества лигносульфоната, а также низкая термостабильность реагента.
Известны способы получения смешанных хромметаллсодержащих лигносульфонатных реагентов - понизителей вязкости и регуляторов структурно-механических свойств буровых растворов с использованием реакций окисления и замещения. Основным металлсодержащим окисляющим агентом является соединение шестивалентного хрома. Другим вводимым металлсодержащим агентом могут быть соединения железа, алюминия и др.
Известен способ приготовления лигносульфонатного реагента для обработки буровых растворов, включающий взаимодействие лигносульфоната с бихроматом щелочного металла при 80-90°C в водной среде (А.с. .№1491878, кл. С09К 7/00, С07С 1/00, опубл. 07.07.1989).
Недостатком способа является опасность гелеобразования при повышенной температуре.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения реагентов для обработки буровых растворов путем окисления лигносульфонатов соединениями шестивалентного хрома в кислой среде, взаимодействия образующегося хромлигносульфоната с сернокислым железом и фосфорсодержащим модифицирующим агентом, подщелачивания гидроксидом натрия и высушивания. В качестве модифицирующего реагента используют триполифосфат натрия (ТПФН) или гексаметафосфат натрия. Реагент широко применяется, однако при повышении температуры выше 90°C резко возрастает гидролиз триполиполифосфата и гексаметафосфата натрия.
Недостатком прототипа является недостаточный эффект разжижения и невысокая термостойкость полученного реагента, увеличенное содержание хрома.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является улучшение разжижающих свойств реагента в минерализованных буровых растворах, повышение термостабильности реагента.
Указанный технический результат достигается предлагаемым способом получения реагентов для обработки буровых растворов путем окисления лигносульфонатов соединениями шестивалентного хрома в кислой среде, взаимодействия образующегося хромлигносульфоната с сульфатом железом и фосфорсодержащим модифицирующим агентом, подщелачивания гидроксидом натрия и высушивания, при этом в раствор лигносульфоната натрия вводят сульфат железа двухвалентный в виде сухого порошка, выдерживают при постоянном перемешивании в течение 1 часа при температуре 30-40°C, затем вводят бихромат натрия в виде водного раствора, выдерживают при перемешивании в течение 1 часа при температуре 30-40°C, затем вводят модифицирующий агент - аминотриметиленфосфоновую кислоту в виде водного раствора, выдерживают при постоянном перемешивании в течение 1 часа при температуре 30-40°C, затем смесь нейтрализуют каустической содой до pH 4-5, затем высушивают до порошкообразного состояния, компоненты используют в следующем соотношении в пересчете на сухие вещества, масс. ч.:
лигносульфонат натрия
100
сульфат железа двухвалентный
6,5-7,5
бихромат натрия
3-3,5
аминотриметиленфосфоновая кислота
10-12
каустическая сода
0,14
Суть способа
3+
3+
Использование в качестве фосфорсодержащего модифицирующего агента аминотриметиленфосфоновой кислоты обеспечивает глубину и ускорение процесса окисления лигносульфоната натрия, а также стабилизацию бурового раствора. При этом ускорение окисления достигается за счет создания кислой среды аминотриметиленфосфоновой кислотой. Стабилизация бурового раствора достигается за счет образования устойчивых комплексных соединений феррохромлигносульфоната и аминотриметиленфосфоновой кислотой с ионами металлов железа Feи хрома Cr.
Предложенный способ осуществляется следующим образом.
Пример 1. К 200 г 50%-ного раствора лигносульфаната натрия (100 масс. ч в пересчете на сухое вещество) технического вводится сульфат железа (II) в виде сухого порошка в количестве 7 г (7 масс. ч на 100 масс. ч сухого лигносульфаната натрия), выдерживают при постоянном перемешивании в течение 1 часа при температуре 30-40°C. В полученную массу вводится бихромат натрия 16 г в виде 20% водного раствора (3,2 масс. ч в пересчете на сухой бихромат натрия). Масса выдерживается при перемешивании в течение 1 часа при температуре 30-40°C. Затем вводится модифицирующий агент - аминотриметиленфосфоновая кислота в количестве 60 г в виде 20% водного раствора (12 масс. ч в пересчете на сухое вещество). Массу выдерживают при постоянном перемешивании в течение 1 часа при температуре 30-40°C. Реакционную смесь нейтрализуют 40%-ным раствором каустической соды до pH среды, равным 4,5. Расход каустической соды составил 0,36 г (или 0,14 масс. ч в пересчете на сухое вещество). Далее готовую массу высушивают до порошкообразного состояния.
По предложенному способу оптимальным является расход реагентов (в пересчете на сухое вещество, масс. ч):
лигносульфонат натрия
100
сульфат железа двухвалентный
6,5-7,5
бихромат натрия
3-3,5
аминотриметиленфосфоновая кислота
10-12
каустическая сода
0,14
Свойства глинистых суспензий, содержащих 1% масс. реагента на основе феррохромлигносульфоната и АТМФк, приведены в таблице 1.
Из полученных результатов видно, что по сравнению с прототипом у предлагаемого реагента сильнее проявляется эффект разжижения, что подтверждается по показателям условной вязкости и статического напряжения сдвига, а также полученный реагент отличается повышенной термостабильностью до 190°C.
С увеличением количества вводимой АТМФк от 10 до 12 масс. ч на 100 масс. ч лигносульфоната натрия условная вязкость бурового раствора понижается с 60 с до 22 с, а термостойкость реагента при введении 12 масс. ч аминотриметиленфосфоновой кислоты в феррохромлигносульфонат увеличивается до 190°C. Эффективность разжижения увеличивается до 63%.
Влияние полученного реагента на основе феррохромлигносульфоната и АТМФк (10-12 масс. ч) на технологические параметры малоглинистого раствора в присутствии 10% масс. солей хлористого натрия приведены в таблице 2.
Из таблицы 2 видно, что при введении 0,5% масс. навески реагента (феррохромлигносульфонат + 10,0 мас. ч. АТМФк) происходит эффективное снижение фильтрации глинистого раствора. При дальнейшем увеличении концентрации навески реагента и прототипа до 3% масс. во всех растворах наблюдается плавное снижение показателя фильтрации с увеличением вязкости, но наиболее эффективно (в качестве защитного коллоида) работает реагент, модифицированный аминотриметиленфосфоновой кислотой.
Предлагаемый способ за счет использования АТМФк в качестве модифицирующего агента позволяет улучшить разжижающие свойства реагента в минерализованных буровых растворах - условной вязкости (УВ) до 22-33 с и статистическое напряжение сдвига (СНС 1/10 мин) до (22-48)/(27-42) Па, повысить термостабильность реагента до 190°C.