Реагент-стабилизатор "фанит" для бурового раствора

 

Реагент-стабилизатор для бурового раствора, содержащий полиакрнлонитрил , омыляющий агент и воду, отличающийся тем, что, с целью повыиения солеустойчивости и крепящих свойств реагента, он дополнительно содержит этиловый н бутиловый спирты, а в качестве омыляющего агента - этилсиликонат натрия при следующих соотношениях компонен тов, мас.%: Полиакрилонитрил 4,7-8,5 Этилсиликонат натрия22,0-24,0 Этиловый спирт 3,0-6,0 Бутиловый спирт 0,3-1,0 (Л ВодаОстальное

1 (19) (И)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 С 09 К 7 02

4 а

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

22,0-24,0

3 0-6,0 Е

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3578017/23-03 (22 ) 18. 01. 83 (46.) 23. 06. 84. Бюл. М 23 (72 ) H. H. Круглицкий, В. A. яременко и В.В.Минченко (71) Институт коллоидной химии и химии воды им. A.Â.Äóìàíñêîãî (53 ) б 22 ° 243 ° 144. 4 (088. 8 ) (56 ) 1. Злотник Д.E. Исследование и получение гидролиэованного полиакрилонитрила (гипана) . Труды ВНИИБТ, вып. 3, Гостоптехиэдат, 1961, с. 48-59.

2. Авторское свидетельство СССР, a 236379, кл. С 09 К 7/02, 1967.

3. Авторское свидетельство СССР

9 804684, кл. С 09 K 7/02, 1979.

4. Авторское свидетельство СССР

М 663709, кл. С 09 К 7/02, 1975 (прототип). (54 ) РЕАГЕНТ-СТАБИЛИЗАТОР "ФАИИТ"

ДЛЯ БУРОВОГО РАСТВОРА. (57) Реагент-стабилизатор для бурового раствора, содержащий полиакрилонитрил, омыяяющий агент и воду, отличающийся тем, что, с целью повьваения солеустойчивости и крепящих свойств реагента, он дополнительно содержит этиловый и бутиловый спирты, а в качестве омыляющего агента — этилсиликонат натрия при следующих соотношениях компонен тов, мас. Ъ:

Полиакрилонитрил 4,7-8,5

Этилсиликонат натрия

Этиловый спирт

Бутиловый спирт

Вода

1098953

Изобретение относится к технологии бурения скважин, в частности к составам для бурения, и может быть использовано для обработки буровых растворов и повышения прочности пород, слагающих стенки скважин, при их проводке на нефть и газ в неустойчивых породах в условиях действия повышенных температур и солевой агрессии.

В современной практике глубокого бурения нашли широкое распространение реагенты на основе акриловых полимеров, включающих омь ляющий агент и воду.

Известны реагенты на основе поли- 15 акрилонитрила (гипан), содержащие в качестве омыляющего агента гидроокись натрия N или гидроокись натрия с кабонатом натрия (2), или гидроокись калия (3) .

Наиболее близ ким к из обретению по технической сущности и достигаемому эффекту является реагент-стабилизатор f4), содержащий в качестве исходных компонентов полиакрилонитрил25 (ПАН ) — отходы получения волокна

:,"Нитрон", гидроокись натрия и воду при при следующих соотношениях, мас.Ъ:

Отходы HAH 20,0

Едкий натр 4,0 30

Вода Остальное

Как показали исследования, при обработке известным реагентом бурового раствора, минерализованного солями хлористого натрия в количест- З5 ве 25,0 мас.Ъ, последний имел следующие показатели: условная вязкость (УВ 38с,водоотдача (B) 2,0 cM>/30 мин, статическое напряжение сдвига (CHC,1, 48/8Г дПа пластическая 4g прочность образцов бентонита, набухших в фильтрате такого бурового раствора (Р,„) 63,5 10 3 Па. Эти данные свидетельствуют о достаточно высокой стабильности системы.

Однако при наличии в буровом раст воре солей кальция свыше 0,25 мас.В, например 0,7 мас.Ъ, наблюдается существенное ухудшение параметров: водоотдача раствора возрастает до

27 см3/30 мин, вязкость дисперсии уменьшается до 24с, Р,„ образцов при этом несколько увеличивается.

Указанные особенности более четко проявляются после гидротермальной обработки: после термостатирования при 150 С водоотдача раствора возрастает до 38 см /30 мин. Следовательно, буровые растворы, обработанные известным реагентом, отличаются низкой 60 устойчивостью к солям многовалентных металлов особенно при высоких температурах и не обладают необходимыми свойствами для укрепления горных пород, слагающих стенки скважин. 65

Целью изобретения является повышение солеустойчивости и крепящих свойств реагента.

Поставленная цель достигается тем, что реагент — стабилизатор для-бурового раствора, содержащий полиакрилонитрил, омыляющий агент и воду, дополнительно содержит этиловый и бутиловый спирты, а в качестве омыляющего агента — этилсиликонат натрия при следующих соотношениях компонентов, мас. Ъ:

Полиакрилонитрил 4, 7-8, 5

Этилсиликонат натрия 22,0-24,0

Этиловый спирт 3,0-5,0

Бутиловый спирт 0,3-1,0

Вода Остальное

Отличительной особенностью реагента "Фанит" является его дифильность, т.е. молекулы полимера содержат противоположные по своей природе радикалы. Первые — это хорошо гидратирующиеся полярные группы, представляющие собой карбонильные и кремнекислородные связи, которые обуславливают адсорбцию реагента на поверхности дисперсных частиц. Другие — гидрофобные этильные углеводородные радикалы, образующие на поверхности твердой фазы водоотталкивающий слой.

Благодаря такому строению полимера существенно повышается солеустойчи- вость системы и ее способность к закреплению горных пород слагающих стенки скважин.

В качестве полиакрилонитрила используют отходы трикотажного производства — обрезки тканевого материала на основе пслиакрилонитрильных волокон. Этилсиликонат натрия применяют в виде 24-28%-ного водного раствора гидрофобной кремнийорганической жидкости ГКЖ-10 МРТУ 6-02-271-63, бутиловый спирт — согласно ГОСТу

6006-78, этиловый — согласно

ГОСТУ 5964-67. !

1 р и м е р. Реагент получают следующим образом. 5 г предварительно измельченной полиакрилонитрильной ткани с размером волокон 211 мм. и

92 мм 24Ъ-ного водного раствора

ГКЖ-10, содержащего 22 г сухого этилсиликоната натрия, помещают в колбу-реактор с обратным холодильником. Смесь нагревают до 95$5 С и при перемешивании проводят гидролиз в течение 3 ч. По истечении 135 мин (3/4 времени омыления) в колбу дополнительно вводят 3 г этилового и

0,5 г бутилового спиртов.

Полученный реагент "Фанит" представляет собой однородную светло-коричневую жидкость с удельным весом

1,30 г/см и имеет следующий состав, мас. Ъ:

1098953

1, 22 г/см 3 (25Ъ-ной концентрации) го.— товят путем разбавления бентонитовой пасты расчетным количеством дистнлли» рованной воды и перемешивания на высокооборотной мешалке (3000 оборотов в минуту) в течение 3 ч. После первых двух часов диспергирования в систему вводят 25,0.мас.Ъ хлористого натрий и 0,7 мас.Ъ хлористого кальция. Через сутки отстоя и 30 мин перемешива10 ния такая система при 20 C имеет о неудовлетворительные структурно-реологические показатели и высокую водоотдачу (т абл. 1) .

Таблица1

4,7

22,0

3i0

0i 3

70,0

Пример

23/29 43,0

40/68 57, 0

45/72 71,0

56/93 80,6

25,0

40,0

Исходный состав

P-P 9 1+1,0

24,0

29,0

+2,0

12,5

36,0

+3,0

30,5

5,5

+4,0

5,3 60/91

38,0 30/35

82,8

45,0

32с 0

25,0

P-p Р 1+1,0

35/47 48 5

37/45 54,5

+2,0

27,0

26,5

20,0

+3 О

30,0

18 0 40/49 55 5

+4 О

34,5

160о С

35,0

После термостатирования при

+1,0

48/65 5 7, 5

67/73 68 0

31,5

10 20, 5

40,0

+2 0

+3,0

6 1/80

26/33

8,0

73,5

45,0

12

37,5

27,5

40,0

+1 0

+2,0

+3 0

29)38 49,0

35,0

29,0

31,0

30/38 49,5

29,0

24 мас. а приводит к получению реагента вызывающего значительные уве) личения вязкости и СНС „О бурового раствора. Пределы концейтрации этилового и бутилового спиртов в составе реагента связаны с необходимостью поддержания в молекуле реагента гидрофильно-гидрофобного баланса для обеспечения устойчивости его к солям кальция и проявления реагента в новом качестве - стабилизатора горных пород, слагающих стенки скважин.

Реагент »Фанит» вводят в исходный глинистый раствор и перемешивают его в течение не менее 2 ч. Технологические параметры раствора, обработанного предлагаемым реагентом и извест ным, приведены в табл. 1. Граничные значения содержания компонентов реагента "юанит" выбраны из условий 55 его применения в буровых растворах при повышенных температурах к солевой агрессии (табл. 2). Прк содержанки в реагенте ПАН и этилсилкконата меньше нижнего предела, например 60

ПАН 3,7, а этклсиликоната 21 мас. %, получаем реагент, малоустойчивый и ,солям и температурному воздействию., Повышение добавок ПАН более 8,5 мас.Ъ к этилсиликоната натрия более 65

Технологические свойства буровых растворов, обработанных 3, О мас. Ъ реагента-стабилизатора в присутствии солей NaC1 25 мас. В и СаС1 0,7 мас. % приведены в табл. 2.

Полиакрилонитрил

Этилсиликонат натрия

Этиловый спирт

Бутиловый спирт

Вода

Для проведения лабораторных испытаний реагента "Фанит", применительно к обработке буровых растворов, используют в качестве дисперсной фазы бентонит Черкасского месторождения.

Водные дисперсии бентонитового глинопорошка с удельным весом

Добавки, мас.Ъ, реагента

Предлагаемого Известного

УВ, с В, см /30 (CHC«„P <О дпа Па

109895 3

») Г t»7 с с с

М а-» СО

»О»О»О

tCl М с . с м щ

Ch tO о м с с

%» Ю О м с ц»

»О

»О Э О с с . с

ОЪ Ch ц»

С0 01 О»

Ю с л Ф

CO Ch

Ю

00 ц»

til сР м м сУ ц:» м цр, м

С0 с, . -» (Ч цЪ (4 Ф

СО м Ф

»»Ъ (Ч м

1 о с

CO м

»3 с

»О м

° » с с Ф

М »Ч о а с с

1О О» (Ч»Ч о о с с м (Ч»» о с м

П3

»О т) Ю с с с О Лс л о с

»О ttl

С» с

ГЧ о о о с о лсР М 1 о о о с с

»О О Ф м м о о о с с с

»»Ъ е.4 Г сй о с

»О

Ю Ю с г» с3 с 1

»-» м

Ю с

»О л

1 I

I!!

I о о л с с

»O»Ч Ch

CO C »»Ъ

3" о цъ

О " с

Ю е-»

Ж Л»О

»Ч а» (Ч с с с цр

tO tO»О а о с с

Ю с

\О л о с

Ю л г»»О

О О О !

»

Э

Г»

Э

tCl Э ч» а м с о

tA О М О с с с о о м м (ч с с с о о о о с с

Ю»-» н о

Э

Itl о о

v о ь 1

»О 1

I т-» I ) а а

)»

v о о о о с Я с м о о ю с с с а о о о с с (Ч tO P о о с с

CC) н о

П) а

О о

g ж

I CC) 1

))) о а ж!

CD. !» о 3 о с Я с м а сч (Ч Э ЕЧ н

)С о о х »3 ф»I»

)))

CC) н

V о

И а

1 Э 1

lO ф

I I а

lO о

I 1 ) I I а о ф н о о О с с ф

») .м а

»Ч фф о

03 о а

Р3 а о

0l н о

CC) а о о о с с с м -» мъ (Ч ГЧ ГЧ о о о с с с м м

СЧ (Ч СЧ о о с с (Ч»з (Ч СЧ

)Я о о а

»

ГО

Э

Ц о о

И

С0

С0

Ц о о о с о (Ч

»Ъ с с

»3 CO

»О Л» с с ц» х

1 .) .=1

tA tO с с

Ch»О

Э !

» о о э о ф а

Э

Е о х

О сч м .»ъ»О л Ф ch

» ь ): о » ч еЧ ч-» а-»

1 .» с-4 (4 с Ъ rl »Г» \O W CO Ch Ч

1 ф

:Г 1

1 и 1 "!

) 1! о) ф

Е» I

I

1 а о

) Q

Е4 а)О)-2

I I

Π1 — —

Г»

О)

Д 1 О

О) Ь а)о

0а ) Х CCI 1

»О ) Г!».» 1

) Q I

Э 1 1

o )

Ф I о!ю

01") ф\ о

Э Е

Х 1

О1

CD t CC1 и»

Г»

О)

4 — )

Ц ! о

CO !

Ч

OI6Х!

CCI 1 Н )1 1

z»»» v i й)

Й

Э I

Г» ф

Э I а» ! !

)l I I е! ок н) хх!

o) ма)

) Г!Ъж)

I " а-» CI Л . Н Ф»-»

Со Л tO Ch 0 с о ц;» ч аО Ф л с» иъ цъ м» л и

»О 1О»О tCl Щ с с с с . с

Ю Ю ЦЪ Ф CO»О

1098953

Составитель В. Ягодин

Редактор Н.Джуган Техред A. Кикемезей Корректор В.Бутяга

Заказ 4320/22 Тираж 634 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул. Проектная, 4

Добавки бутилового спирта в реакционную смесь за четверть времени до конца процесса получения реагента

"Фанит" обусловлены необходимостью сохранения его гидрофильно-гидрофобного балланса при эксплуатации в условиях повышенных температур.

При бурении глубоких и сверхглубоких нефтяных и газовых скважин (более 2000-2500 м), где температура в забое может достигать 120-200ОC имеет место частичный деалкоголиз реагента, что приводит к ухудшению его свойств (понижаются его крепящие свойства и солестойкость)..вследствие некоторого вывода этанольной составляющей из системы. Для предотвращения указанных нежелательных явлений целесообразно вводит в реакционную смесь бутиловый спирт-более высококипящее вещество с большей длиной углеводородного радикала. .При добавках бутилового спирта меньше нижнего предела, например

0,2 мас.%, наблюдается понижение солестойкости реагента В (табл. 2, пример 8) °

С увеличением концентрации бутилового спирта в системе более

1,0 мас.% {табл. 2, пример 9) уменьшается активность реагента из-за понижения его сродства к воде.

Как видно иэ приведенных в табл.1 и 2 данных, использование реагента

"Фанит" для обработки бурового раствора позволяет повысить его солеустойчивость при повышенных температурах 160 С, т.е. водоотдача раствора, минералиэованного солями кальция в количестве 0,7 мас.% и хлористого натрия в количестве 25,0 мас.% в 3-3,5 раза ниже водоотдачи раствора, стабилизированного известным реагентом.

10 Предлагаемый реагент способствует также бопее эффективному закреплению стенок скважин по сравнению с известным за счет повьааения пластической .прочности разбуриваемых пород на

15 30,0-35,0%. При этом вязкость промывочной жидкости изменяется в допустимых пределах.

Таким образом, реагент "Фанит" позволяет получить высококачествен20 ные буровые растворы при проводке нефтяных и газовых скважин в неустойчивых породах в условиях действия повышенных температур и солевой агрессии.

Кроме того, реагент "Фанит" может быть использован для получения противофильтрационных композиций при возведении различного рода гидротехнических сооружений (пруды30 Hcпарители ° шламонак>>HTели + ) с целью защиты подземных вод от загрязнения отходами проьнюаленных предприятий.