Наполненная вязкоупругая гелеобразная композиция

Изобретение относится к получению наполненной гелеобразной композиции, обладающей вязкоупругими свойствами. Указанная наполненная вязкоупругая гелевая композиция содержит 1-2 об. части 0,5-2,0 мас. % водного раствора тетрабората натрия, 1-5 об. частей 1,0-8,0 мас. % водного раствора поливинилового спирта, 1-5 об. частей 1,0-8,0 мас. % водного раствора карбоксиметилцеллюлозы или 1-2 об. части 1,0-8,0 мас. % водного раствора полиакриламида, а также 1-3 об. части наполнителя. Динамическая вязкость композиции составляет от 642 до 2467,87 мПа·с, модуль Юнга от 61,12 Н/м² до 81,12 Н/м² и величина адгезии от 53,76 Н/м² до 86,79 Н/м². В качестве наполнителя используется песок с размером частиц 0,23-0,5 мм, лавсановое или пропиленовое волокно диаметром 70-100 микрон и длиной нити 3-6 см, или тефлоновые гранулы диаметром не более 1 мм. Изобретение может быть использовано в различных областях нефтяной и нефтедобывающей промышленности в качестве тампонажных растворов, для водоизоляции пластов и т.д., а также для очистки нефтепроводов от водных и газовых скоплений, для нанесения антикоррозионных, биоцидных и противоизносных покрытий на внутреннюю поверхность трубопровода. 2 табл.

 

Изобретение относится к получению наполненных гелеобразных композиций, обладающих вязкоупругими свойствами, и может быть использовано в различных областях нефтяной и нефтедобывающей промышленности в качестве тампонажных растворов, для водоизоляции пластов и т.д., а также для очистки нефтепроводов от водных и газовых скоплений, для нанесения антикоррозионных, биоцидных и противоизносных покрытий на внутреннюю поверхность трубопровода.

Известен патент США № 5284897, содержащий 70-93% воды, 5-25% частично гидролизованного поливинилового спирта, 0,5-3% пластификатора для него, 0,05-1,5% загустителя из группы натрийкарбоксиметилцеллюлозы, альгината натрия и ксантановых смол. Продукты, полученные по этому способу, обладают только клеющей способностью.

Известен также патент России № 2139424, основанный на сшивке растворов полисахаридов, где предусматривается предварительное смешение 10-водного раствора тетрабората натрия с глицерином с последующим добавлением щелочи и хромокалиевых квасцов.

Наиболее близкой по составу композицией является гелеобразная композиция (патент США № 5501274), где в качестве рыхлого несвязанного материала используют песок, а в качестве термопластичного материала выбирают по крайней мере один из группы, состоящей из полиолефинов, полиамидов, полиимидов, полиуретанов, полисульфонов, поликарбонатов, полиэстеров (сложных эфиров) и целлюлозы и их производных.

Недостатком этой композиции является недостаточная вязкость и упругость, длительное время приготовления состава, а также длительное время формирования геля.

Задачей предлагаемого изобретения является получение наполненных гелеобразных композиций с заданными свойствами (вязкость, упругость, адгезия и т.д.), быстрота получения, быстрое время формирования композиции. Технический результат достигается тем, что композиция содержит водный 1,0-8,0 мас.% раствор поливинилового спирта (ПВС), водный 1,0-8,0 мас.% раствор карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) или водный 1,0-8,0 мас.% полиакриламида (ПАА), в качестве наполнителя композиция содержит песок с размером частиц 0,3-0,5 мм, лавсановое или полипропиленовое волокно диаметром 70-100 микрон и длиной нити 3-6 см, или тефлоновые гранулы, имеющие диаметр частиц не более 1 мм, а также дополнительно композиция содержит водный 0,5-2,0 мас.% раствор тетрабората натрия (ТБН) при следующем соотношении компонентов, об.ч.:

водный 0.5-2,0 мас.% раствор тетрабората натрия	1-2
водный 1,0-8,0 мас.% поливинилового спирта	1-5
водный 1,0-8,0 мас.% раствор карбоксиметилцеллюлозы или	1-5
водный 1,0-8,0 мас.% раствор полиакриламида	1-2
указанный наполнитель	1-3

При контакте эти растворы вступают во взаимодействие с образованием гелеобразных композиций при добавке различных наполнителей. В качестве наполнителя композиция содержит песок с размером частиц 0,3-0,5 мм, лавсановое или полипропиленовое волокно с диаметром волокна 70-100 микрон и длиной нити 3-6 см, тефлоновые гранулы с диаметром частиц не более 1 мм.

В таблице 1 приведена динамическая вязкость (мПа·с) исходных растворов полимеров.

Таблица 1.
Концентрация растворов, %	ПВС	КМЦ	ПАА
1	4.8	29.2	2.1
2	6.6	156.3	32.4
3	11.4	661.8	53.3
4	37.2	1411.3	117.1
5	51.9	2800.2	635.6
6	100.1	3012.9	780.4
7	106.2	3276.7	978.1
8	112.4	3496.1	1032.8

Приводим примеры конкретных составов гелевых композиций.

Пример 1.

Для приготовления гелевой композиции берут (ТБН:ПВС=1:4) 5 ч. 6% раствора ПВС, 1,25 ч. 1% раствора ТБН и (ПВС:КМЦ=1:1) 5 ч. 2% раствора КМЦ при комнатной температуре. Перемешивание продолжают в течение 10 минут, гелевую композицию выдерживают 2 часа после перемешивания, после чего измеряют динамическую вязкость на приборе «Реотест-2». Вязкость равна 642 мПа·с. Т=20°С. Модуль Юнга 61,12 Н/м². Адгезия 53,76 Н/м².

Примеры 2-46 приведены в таблице 2 (по прописи примера 1).

Пример 47.

Для приготовления гелевой композиции берут (ТБН:ПВС=1:4) 5 ч. 6% раствора ПВС, 1,25 ч. 0,5% раствора ТБН и (ПВС:ПАА=1:1) 5 ч. 3% раствора ПАА при комнатной температуре, перемешивание продолжают в течение 10 минут, гелевую композицию выдерживают 2 часа после перемешивания, после чего измеряют динамическую вязкость на приборе «Реотест-2». Вязкость равна 829 мПа·с. Т=20°С. Модуль Юнга 96,34 Н/м². Адгезия 46,98 Н/м².

Пример 48.

Для приготовления наполненной гелевой композиции берут (ТБН:ПВС=1:4) 5 ч. 5% раствора ПВС, 1,25 ч. 1,5% раствора ТБН, (ПВС:КМЦ=1:1) 5 ч. 2% раствора КМЦ и 1 ч. песка, перемешивают в течение 10 минут, наполненную гелевую композицию выдерживают два часа, после чего измеряют динамическую вязкость. Вязкость равна 924,06 мПа·с. Т=20°С. Модуль Юнга 50,41 Н/м². Адгезия 51,54 Н/м².

Пример 49.

Для приготовления наполненной гелевой композиции берут (ТБН:ПВС=1:4) 5 ч. 5% раствора ПВС, 1,25 ч. 2% раствора ТБН, (ПВС:ПАА=1:1) 5 ч. 2% раствора ПАА и 3 ч. песка, перемешивание продолжают в течение 10 минут, наполненную гелевую композицию выдерживают два часа, после чего измеряют динамическую вязкость. Вязкость равна 1226,78 мПа·с. Т=20°С. Модуль Юнга 56,19 Н/м². Адгезия 46,43 Н/м².

Пример 50.

Для приготовления наполненной гелевой композиции берут (ТБН:ПВС=1:4) 5 ч. 7% раствора ПВС, 1,25 ч. 1,5% раствора ТБН, (ПВС:КМЦ=1:1) 5 ч. 2% раствора КМЦ и 1 ч. полипропиленового волокна, перемешивание продолжают в течение 10 минут, наполненную гелевую композицию выдерживают два часа, после чего измеряют динамическую вязкость. Вязкость равна 1819.62 мПа·с. Т=20°С. Модуль Юнга 69,28 Н/м². Адгезия 91,78 Н/м².

Пример 51.

Для приготовления наполненной гелевой композиции берут (ТБН:ПВС=1:4) 5 ч. 7% раствора ПВС, 1,25 ч. 2,0% раствора ТБН, (ПВС:ПАА=1:1) 5 ч. 2% раствора ПАА и 3 ч. полипропиленового волокна, перемешивание продолжают в течение 10 минут, наполненную гелевую композицию выдерживают два часа, после чего измеряют динамическую вязкость. Вязкость равна 2345.12 мПа·с. Т=20°С. Модуль Юнга 61,12 Н/м². Адгезия 86,79 Н/м².

Пример 52.

Для приготовления наполненной гелевой композиции берут (ТБН:ПВС=1:4) 5 ч. 7% раствора ПВС, 1,25 ч. 1,5% раствора ТБН, (ПВС:КМЦ=1:1) 5 ч. 2% раствора КМЦ и 1 ч. лавсанового волокна, перемешивание продолжают в течение 10 минут, наполненную гелевую композицию выдерживают два часа, после чего измеряют динамическую вязкость. Вязкость равна 2285.45 мПа·с. Т=20°С. Модуль Юнга 74,84 Н/м². Адгезия 78,04 Н/м².

Пример 53.

Для приготовления наполненной гелевой композиции берут (ТБН:ПВС=1:4) 5 ч. 7% раствора ПВС, 1,25 мл 0,5% раствора ТБН, (ПВС:ПАА=1:1) 5 ч. 2% раствора ПАА и 3 ч. лавсанового волокна, перемешивание продолжают в течение 10 минут, наполненную гелевую композицию выдерживают два часа, после чего измеряют динамическую вязкость. Вязкость равна 2467.87 мПа·с. Т=20°С. Модуль Юнга 81,12 Н/м². Адгезия 63,05 Н/м².

Пример 54.

Для приготовления гелевой композиции берут (ТБН:ПВС=1:4) 5 ч. 5% раствора ПВС, 1,25 ч. 0,5% раствора ТБН и (ПВС:КМЦ=1:1) 5 ч. 5% раствора КМЦ. Перемешивание продолжают в течение 10 минут, гелевую композицию выдерживают 2 часа после перемешивания, после чего измеряют динамическую вязкость на приборе «Реотест-2». Вязкость равна 11680 мПа·с. Т=0°С

Пример 54.

Для приготовления гелевой композиции берут (ТБН:ПВС=1:1) 5 ч. 5% раствора ПВС, 1,25 мл 1,5% раствора ТБН и (ПВС:КМЦ=1:1) 5 ч. 5% раствора КМЦ. Перемешивание продолжают в течение 10 минут, гелевую композицию выдерживают 2 часа после перемешивания, после чего измеряют динамическую вязкость на приборе «Реотест-2». Вязкость равна 4216 мПа·с. Т=30°С.

Пример 55.

Для приготовления гелевой композиции берут (ТБН:ПВС=1:1) 5 ч. 5% раствора ПВС, 1,25 ч. 1% раствора ТБН и (ПВС:КМЦ=1:1) 5 ч. 5% раствора КМЦ. Перемешивание продолжают в течение 10 минут, гелевую композицию выдерживают 2 часа после перемешивания, после чего измеряют динамическую вязкость на приборе «Реотест-2». Вязкость равна 2775 мПа·с. Т=60°С.

Пример 56.

Для приготовления гелевой композиции берут (ТБН:ПВС=1:4) 5 ч. 5% раствора ПВС, 1,25 мл 1,5% раствора ТБН и (ПВС:КМЦ=1:1) 5 ч. 5% раствора КМЦ. Перемешивание продолжают в течение 10 минут, гелевую композицию выдерживают 2 часа после перемешивания, после чего измеряют динамическую вязкость на приборе «Реотест-2». Вязкость равна 896 мПа·с. Т=80°С.

Пример 57.

Для приготовления наполненной гелевой композиции берут (ТБН:ПВС=1:4) 5 ч. 6% раствора ПВС, 1,25 1% раствора ТБН и (ПВС:КМЦ=1:1) 5 ч. 2% раствора КМЦ, 1 ч. тефлона, перемешивание продолжают в течение 10 минут, наполненную гелевую композицию выдерживают два часа, после чего измеряют динамическую вязкость. Вязкость равна 1654,86 мПа·с. Т=20°С. Модуль Юнга 67,32 Н/м². Адгезия 24.7 Н/м².

В таблице 2 даны значения динамической вязкости η (мПа·с) гелевой композиции в зависимости от концентрации и соотношений полимеров ПВС и КМЦ при постоянной добавке компонента ТБН:ПВС=1:4, Т=20°С

Таблица 2
Соотношение ПВС:КМЦ	1%ПВС+1%КМЦ	2%ПВС+2%КМЦ	3%ПВС+3%КМЦ	4%ПВС+4%КМЦ	5%ПВС+5%КМЦ
	N	Н	N	Н	N	Н	N	Н	N	Н
1:1	2	92.1	11	118.7	20	490	29	1727	38	4216
2:1	3	98.6	12	135.3	21	587	30	1906	39	3550
3:1	4	110.4	13	147.4	22	630	31	2036	40	3775
4:1	5	111.8	14	155.1	23	769	32	2284	41	3812
5:1	6	114.6	15	162.1	24	899	33	2323	42	4077
1:2	7	129.1	16	196.7	25	3986	34	4046	43	3733
1:3	8	141.5	17	1380	26	4112	35	4135	44	3661
1:4	9	167.9	18	2446	27	4306	36	4204	45	3939
1:5	10	181.2	19	3910	28	4928	37	4472	46	4970

Наполненная вязкоупругая гелеобразная композиция тампонажного раствора, содержащая водные растворы полимеров и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве водных растворов полимеров композиция содержит водный 1,0- 8,0 мас.% раствор поливинилового спирта, водный 1,0- 8,0 мас.% раствор карбоксиметилцеллюлозы или водный 1,0- 8,0 мас.% полиакриламида, в качестве наполнителя композиция содержит песок с размером частиц 0,3-0,5 мм, лавсановое или полипропиленовое волокно диаметром 70-100 мкм и длиной нити 3-6 см или тефлоновые гранулы, имеющие диаметр частиц не более 1 мм, а также дополнительно композиция содержит водный 0,5- 2,0 мас.% раствор тетрабората натрия, при следующем соотношении компонентов, об. ч.:

Водный 0,5- 2,0 мас.% раствор тетрабората натрия	1-2
Водный 1,0- 8,0 мас.% раствор поливинилового спирта	1-5
Водный 1,0- 8,0 мас.% раствор
карбоксиметилцеллюлозы или	1-5
Водный 1,0-8,0 мас.% раствор полиакриламида	1-2
Указанный наполнитель	1-3