СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕАГЕНТА-ИНГИБИТОРА СО СТАБИЛИЗИРУЮЩИМИ СВОЙСТВАМИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРЕСНОГО БУРОВОГО РАСТВОРА
METHOD TO PRODUCE REAGENT-INHIBITOR WITH STABILISING PROPERTIES FOR TREATMENT OF FRESH DRILLING MUD

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.
2
Предлагаемый способ получения реагента-ингибитора со стабилизирующими свойствами отличается от известного введением в реагент нового компонента - формиата калия (HCOK).
+
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.
3
Для приготовления пресного глинистого бурового раствора в стакан наливают 920 см 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.
3
Технологические параметры пресных глинистых растворов (плотностью 1,04 г/см), обработанных реагентами-ингибиторами, и приготовленных согласно примерам, приведены в таблице 1.
2
Как видно из табл.1 увеличение количества волокна ПАН, КОН и HCOK 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
Наименование 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
HCO<sub>2</sub>K -
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4
5
4,5
5
H<sub>2</sub>O -
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, см<sup>3</sup>/30 мин
65
-
-
7
8
-
8
9
12
11
10
Степень гидролиза реагента *
-
-
неполная
полная
полная
неполная
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%,
HCO<sub>2</sub>K - 4,5%,
H<sub>2</sub>O - 70%
H<sub>2</sub>O - 75,5%
Вязкость, с
24
46
30
Фильтрация, см<sup>3</sup>/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