Реагент для обработки буровых растворов, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин, и способ его получения
REAGENT FOR TREATING DRILLING FLUIDS USED IN DRILLING OIL AND GAS WELLS, AND A METHOD FOR ITS PRODUCTION

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно, к способам производства химических реагентов для обработки буровых растворов, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин.
При разбуривании интервалов, сложенных горными породами, склонными к набуханию, зачастую происходит загустевание бурового раствора (глинистого и полимерглинистого) в результате увеличения количественного содержания коллоидной фазы, что способно привести к спонтанному росту реологических параметров (пластической вязкости, динамического напряжения сдвига) и потере устойчивости ствола скважины, вплоть до аварийных ситуаций в виде осыпей, обвалов, прихватов бурильного инструмента. С целью снижения рисков подобных осложнений в настоящее время успешно применяются реагенты на основе лигносульфонатов, которые в виде 1-3% водного раствора вводятся в состав бурового раствора из ориентировочного расчета 1:30-40 объемных частей.
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. SU1491878, МПК C09K 7/00, опубл. 07.07.1989 г.).
Недостатком способа является опасность гелеобразования при повышенной температуре и содержание токсичного хрома.
Известен способ получения смешанных хромжелезосодержащих лигносульфонатных реагентов для обработки буровых растворов путем окисления лигносульфонатов соединениями шестивалентного хрома в кислой среде, взаимодействия образующегося хромлигносульфоната с сернокислым железом, подщелачивания и высушивания (патент US3035042, МПК C09K 8/035, опубл. 15.05.1962 г.).
Недостатком является сложность удержания процесса взаимодействия компонентов на стадии оптимального окисления-восстановления.
2+
6+
Известен способ получения модифицированного феррохромлигносульфонатного реагента, который включает создание в реакционной массе лигносульфоната окислительно-восстановительной системы из Fe и Cr и получение хрома и железа в трехвалентной форме с последующим образованием комплексов с лигносульфонатом и высушиванием. В массу лигносульфоната технического жидкого вводят сульфат железа (II), массу выдерживают при постоянном перемешивании в течение 1,0 часа при температуре 30-40°C. В полученную массу вводят бихромат натрия в виде водного раствора, выдерживают при постоянном перемешивании в течение 1,0 часа при температуре 30-40°C. Затем вводят модифицирующий реагент - комплексен трифосфат натрия в виде водного раствора. Массу выдерживают при постоянном перемешивании в течение 1,0 часа при температуре 30-40°C, затем подкисляют серной кислотой в виде водного раствора в количестве до рН=4,0-5,0, после чего массу высушивают на распылительной сушилке (патент RU2606005, МПК C09K 8/035, опубл. 10.01.2017 г.).
Недостатком является излишнее защелачивание реакционной массы, что требует дополнительного расхода серной кислоты для поддержания значения рН=4-5 (согласно техническим условиям на феррохромлигносульфонат - ФХЛС).
Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание способа получения эффективного и экологически безопасного бесхромового реагента-разжижителя для регулирования реологических свойств буровых растворов, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин.
Техническим результатом является экологическая безопасность способа и получаемого в результате осуществления способа реагента-разжижителя с сохранением его высокой разжижающей способности.
Проблема решается, а технический результат достигается способом получения реагента для бурового раствора, заключающимся в том, что окисляют гидролизный лигнин в растворе, содержащем пероксид водорода и сильную минеральную кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
гидролизный лигнин - 9-11,
пероксид водорода - 10-12,
минеральная кислота - 10-12,
остальное - вода до 100,
после чего полученный окисленный гидролизный лигнин промывают водой и растворяют в растворе, который содержит гидроксид щелочного металла в стехиометрическом (моль/моль) отношении 1:1 к кислым группам окисленного гидролизного лигнина, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
окисленный гидролизный лигнин - 4-6,
гидроксид щелочного металла - 0,8-1,
остальное - вода до 100.
Согласно изобретению:
- реагент получают в виде порошка после выпаривания раствора и высушивания твердого остатка при температуре 100-110°C;
- в качестве сильной минеральной кислоты используют серную, соляную или азотную кислоту;
- в качестве гидроксида щелочного металла используют гидроксид натрия, калия или лития.
Технический результат достигается за счет того, что при осуществлении способа не используют токсичных веществ, и получаемый реагент обеспечивает экологическую безопасность. Получаемый реагент является высокомолекулярным соединением и содержит 8,9% карбоксильных групп. Поэтому он является полиэлектролитом и обладает поверхностно-активными свойствами, обеспечивающими его способность разжижать глинистые буровые растворы.
Способ осуществляют следующим образом.
Окисляют гидролизный лигнин в растворе, содержащем пероксид водорода и сильную минеральную кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
гидролизный лигнин - 9-11,
пероксид водорода - 10-12,
минеральную кислоту - 10-12,
остальное - вода до 100.
Полученный окисленный гидролизный лигнин (ОГЛ) промывают водой и растворяют в растворе, который содержит гидроксид щелочного металла в стехиометрическом (моль/моль) отношении 1:1 к кислым группам окисленного гидролизного лигнина, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
окисленный гидролизный лигнин - 4-6,
гидроксид щелочного металла - 0,8-1,
остальное - вода до 100.
Реагент может быть получен в виде порошка после выпаривания раствора и высушивании твердого остатка при температуре 100-110°C.
Проверка качества полученного реагента проводилась по отношению к параметрам исходного глинистого раствора 5% концентрации, который готовился из глинопорошка марки ПМБВ ООО «Компании Бентонит» (ТУ 2164-005-01424676-2014) в сравнении с серийно выпускаемым реагентом ФХЛС (ООО НПВ «БашИнком», г. Уфа, ТУ 2458-015-20672718-2001).
В таблице ниже представлены результаты по влиянию реагента на свойства глинистого раствора по итогам выборки из 20 измерений.
Как видно из таблицы, получаемый по заявляемому способу реагент не уступает как реагент-разжижитель по разжижающей способности реагенту ФХЛС, к тому же на 21% превышает фильтрационные свойства реагента ФХЛС, что свидетельствует о многонаправленности его влияния на технологические свойства бурового глинистого раствора.
Примеры конкретного выполнения заявляемого способа.
Пример 1. Технический гидролизный лигнин окисляют в растворе, содержащем пероксид водорода и серную кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
гидролизный лигнин - 10
пероксид водорода - 11,2
серная кислота - 11,8
остальное - вода до 100.
Полученный окисленный гидролизный лигнин (ОГЛ) промывают водой и растворяют в растворе, который содержит гидроксид натрия в стехиометрическом (моль/моль) отношении 1:1 к кислым группам окисленного гидролизного лигнина, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
окисленный гидролизный лигнин - 5
гидроксид натрия - 0,9
остальное - вода до 100.
Пример 2. Технический гидролизный лигнин окисляют в растворе, содержащем пероксид водорода и соляную кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
гидролизный лигнин - 9
пероксид водорода - 10
соляная кислота - 10
остальное - вода до 100.
Полученный окисленный гидролизный лигнин (ОГЛ) промывают водой и растворяют в растворе, который содержит гидроксид калия в стехиометрическом (моль/моль) отношении 1:1 к кислым группам окисленного гидролизного лигнина, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
окисленный гидролизный лигнин - 4
гидроксид калия - 0,8
остальное - вода до 100.
Пример 3. Технический гидролизный лигнин окисляют в растворе, содержащем пероксид водорода и азотную кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
гидролизный лигнин - 11
пероксид водорода - 12
азотная кислота - 12
остальное - вода до 100.
Полученный окисленный гидролизный лигнин (ОГЛ) промывают водой и растворяют в растворе, который содержит гидроксид лития в стехиометрическом (моль/моль) отношении 1:1 к кислым группам окисленного гидролизного лигнина, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
окисленный гидролизный лигнин - 6
гидроксид лития - 1
остальное - вода до 100.