Модификатор буровых растворов
Владельцы патента RU 2442813:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет (RU)
Изобретение относится к модификаторам буровых растворов, предназначенным для обработки стенок скважин при бурении минеральных пластов путем закачки растворов насосами. Модификатор буровых растворов содержит, мас.%: сополимер акриловой, метакриловой и винилсульфоновой кислот (при следующем соотношении мономеров: акриловая кислота 15%, метакриловая кислота 25%, винилсульфоновая кислота 60%) 8,25-9,00, натриевая соль сополимера акриловой и метакриловой кислот (при следующем соотношении мономеров: акриловая кислота 25%, метакриловая 75%) 4,5-6,8, неполная кальциевая соль полиакриловой кислоты 2,5-3,6, неполная кальциевая соль полиметакриловой кислоты 3,5-4,1, сополимер аллилового спирта и аллиламина 4,8-6,5, полиакриламид 0,5-1,5, вода остальное. 6 пр.
Изобретение относится к модификаторам буровых растворов, предназначенным для обработки стенок скважин при бурении минеральных пластов путем закачки растворов насосами.
Известен модификатор буровых растворов, состоящий из твердого сухого сополимера, содержащего 5-62 мол.% акрилата щелочного металла (акрилат натрия), 2-40 мол.% оксиалкилакрилата (2-оксиэтил-, 2-оксипропил-, 2-оксибутилакрилат), 31-91 мол.% акриламида (US 4288582, МКИ С08F 22/38, 526/240, 1982 г.).
Данный модификатор не оказывает неблагоприятного воздействия на реологические свойства буровых растворов, нечувствителен к природе окружающих солей и сохраняет свои свойства после выдерживания при температурах до 150°С.
Недостатком данного модификатора является плохая растворимость в воде при температурах, близких к 5°С.
Известен модификатор буровых растворов, содержащий смесь порошкобразного метилэтилсиликата натрия (сиакор) и высокозамещенного карбоксиметилированного полимера (RU 2123511, МКИ С09K 7/02, 20/12,1998 г.).
Недостатком данного модификатора буровых растворов является очень маленькое содержание полимерных модификаторов 0.4-0.5%.
Известен модификатор буровых растворов, содержащий полиакриламид или полисахарид (RU 2136716, МКИ С09K 7/02, 10/09, 1999 г.).
Недостатком данного модификатора является невозможность создания глинистого бурового раствора из-за присутствия натриевых мыл синтетических жирных кислот и низкого содержания полимера 2%.
Известен модификатор бурового раствора, содержащий смесь модифицированного едким натром торфа и лигнино-сульфатного реагента (RU 97115640/03, МКИ С09K 7/02, 10.07.1999 г.).
Недостатком данного модификатора является использование модифицированных хромпиком в щелочной среде жидких технических лигнино-сульфонатов.
Известен модификатор буровых растворов, содержащий крахмал и мягкое таловое масло (RU 2123023, МКИ С09K 7/02, 10/12, 1998 г.).
Недостатком данного модификатора является обязательное применение горячей воды и нагревание смеси до 50-60°С из-за плохой растворимости крахмала в воде.
Известен модификатор буровых растворов, содержащий экструзионный кукурузный крахмал или модифицированный продукт, представляющий собой смесь кукурузного и картофельного крахмала (RU 97114491/03, МКИ С09K 7/02, 20/06, 1999 г.).
Недостатком данного модификатора является обязательное применение горячей воды.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения модификатора буровых растворов на основе сополимеров (мет)акриловой, (мет)акриламида и нитрила акриловой кислоты (прототип).
Модификатор буровых растворов имеет следующий состав, с массовым соотношением мономерных звеньев:
(мет)акриловая кислота: (мет)акриламид: нитрил акриловой кислоты, равным 10.0-50.0: 20.0-55.0: 20.0-50.0 соответственно (RU 2105014, МКИ С08F 220/06, С08F 220/06, 220:56, 220:44, 20/02, 1998 г.).
Данный сополимер может быть использован в качестве модификатора и стабилизатора буровых растворов и минеральных дисперсий.
Недостатком данного модификатора является невысокая растворимость из-за очень большой молекулярной массы (2.5×106 у.е.) и невысокой эффективности при температурах выше 150°С.
В основу предполагаемого изобретения положена задача создания модификатора буровых растворов, устраняющего недостатки прототипа.
Поставленная задача решается тем, что предлагается модификатор буровых растворов, включающий сополимер акриловой, метакриловой и винилсульфоновой кислот (полученный при следующем соотношении мономеров: акриловая кислота - 15%, метакриловая кислота - 25%, винилсульфоновая кислота - 60%), натриевую соль сополимера акриловой и метакриловой кислот (полученную при следующем соотношении мономеров: акриловая кислота - 25%, метакриловая - 75%), неполную кальциевую соль полиакриловой, неполную кальциевую соль полиметакриловой кислоты, сополимер аллилового спирта и аллиламина, полиакриламид, воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| сополимер акриловой, метакриловой и винилсульфоновой кислот | 8.25-9.00 |
| натриевая соль сополимера акриловой и метакриловой кислот | 4.5-6.8 |
| неполная кальциевая соль полиакриловой кислоты | 2.5-3.6 |
| неполная кальциевая соль полиметакриловой кислоты | 3.5-4.1 |
| сополимер аллилового спирта и аллиламина | 4.8-6.5 |
| полиакриламид | 0.5-1.5 |
| вода | остальное |
Рабочие растворы могут иметь следующие концентрации, мас.%: 0.25-1.55.
Предлагаемый модификатор буровых растворов представляет собой бесцветную или окрашенную в светло-коричневый цвет жидкость с плотностью d20 20 от 1.015 до 1.065 г/см3, показателем преломления n20 D от 1.345 до 1.415 и температурой застывания не выше -5°С. Самую низкую водоотдачу и высокое напряжение статистического сдвига имеют 1.55% водные растворы модификатора буровых растворов.
Сополимер акриловой, метакриловой и винилсульфоновой кислот представляет собой полимер формулы:
CaHbOcSdKe, где а от 886 до 1437; b от 1173 до 1905; с от 690 до 1118; d от 101 до 164; е от 2 до 3, с содержанием фрагментов по K от 1.85
до 2.32 мол.% формулы:
С содержанием фрагментов по остатку от 28.41 до 28.60 мол.% формулы:
Натриевая соль сополимера акриловой и метакриловой кислот представляет собой полимер формулы:
CaHbOcSdKeNaf, где а от 447 до 707; b от 607 до 849; с от 264 до 422; d от 2 до 4; е от 2 до 4; f от 111 до 157, с содержанием фрагментов по K от 3.18 до 3.90 мол.% формулы:
С содержанием фрагментов по Na от 77.27 до 77.97 мол.% формулы:
С содержанием фрагментов по остатку: от 17.29 до 17.79 мол.% формулы:
Неполная кальциевая соль полиакриловой кислоты представляет собой полимер формулы:
CaHbOcSdKeNafCag, где а от 810 до 1174; b от 845 до 1235; с от 554 до 786; d от 1 до 3; е от 1 до 3; f от 232 до 276; g от 1 до 1.5 с содержанием фрагментов по K от 0.26 до 1.29 мол.% формулы:
С содержанием фрагментов по Na от 83.57 до 86.6 мол.% формулы:
С содержанием фрагментов по Са от 0.32 до 0.37 мол.% формулы:
С содержанием фрагментов по остатку от 11.73 до 16.10 мол.% формулы:
Неполная кальциевая соль полиметакриловой кислоты представляет собой полимер формулы:
CaHbOcSdKeNafCag, где а от 735 до 1212; b от 952 до 1561; с от 385 до 622; d от 1 до 3; е от 1 до 3;1 от 162 до 255: g=1.
С содержанием фрагментов по K от 0.35 до 1.75 мол.% формулы:
С содержанием фрагментов по Na от 84.14 до 88.00 мол.% формулы:
С содержанием фрагментов по Са от 0.42 до 0.54 мол.% формулы:
С содержанием фрагментов по остатку: от 9.71 до 15.09 мол.% формулы:
Сополимер аллилового спирта и аллиламина представляет собой полимер формулы:
CaHbOcNd, где а от 325 до 586; b от 125 до 245; с от 321 до 425; d от 1 до 5.
С содержанием фрагментов по N от 4.5 до 7.5 мол.% формулы:
Полиакриламид марки А 930 ТУ 6-02-00209912-41-94.
Вода питьевая ГОСТ 2874-73.
Рабочие растворы могут иметь следующие концентрации мас%: от 0.25 до 1.55.
Анализ отобранных в процессе поиска известных решений показал, что в науке и технике нет объекта, аналогичного по заявляемой совокупности признаков и наличию вышеуказанных свойств, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного объекта критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
Для доказательства соответствия заявляемого изобретения критерию «промышленная применимость» приводим примеры конкретного выполнения.
Пример 1 (по прототипу)
Из сополимера с массовым соотношением мономерных звеньев 10.0-50.0: 20.0-55.0: 20.0-50.0, включающего в себя метакриловую кислоту, акриламид и нитрил акриловой кислоты, готовят рабочие растворы с массовой концентрацией 1.55 мас.% с использованием минерализованной воды, содержащей до 5.6 г/л хлористого кальция и 2.7 г/л хлористого магния. Полученный раствор добавляют в буровой раствор на основе глины и измеряют водоотдачу с помощью прибора УДН-2 и статистическое напряжение сдвига (СНС) на приборе СНС-2.
Исходный глинистый буровой раствор дал следующие результаты:
| водоотдача, см3 | 38; |
| СНС, Па | за 1 мин 186 |
| за 10 мин 181 |
С добавлением полимерного модификатора:
| а) водоотдача, см3 | 7.0 |
| б) СНС, Па | за 1 мин 49 |
| за 10 мин 65 |
Пример 2 (предлагаемый)
В условиях примера 1, но при использовании для определения водоотдачи смеси водорастворимых компонентов, мас.%:
| сополимер акриловой, метакриловой и винилсульфоновой кислот | 8.25 |
| натриевая соль сополимера акриловой и метакриловой кислот | 4.5 |
| неполная кальциевая соль полиакриловой кислоты | 2.5 |
| неполная кальциевая соль полиметакриловой кислоты | 3.5 |
| полиакриламид | 0.5 |
| сополимер аллилового спирта и аллиламина | 4.8 |
| вода | остальное |
Рабочий раствор готовят с массовой концентрацией 0.25 мас.% с использованием минерализованной воды, содержащей до 5.7 г/л хлористого кальция и 2.8 г/л хлористого магния.
Результаты испытаний:
| а) водоотдача, см3 | 6.5 |
| б) СНС, Па | за 1 мин 55 |
| за 10 мин 75 |
Пример 3
В условиях примера 2, но при использовании для определения водоотдачи смеси водорастворимых компонентов, мас.%:
| сополимер акриловой, метакриловой и винилсульфоновой кислот | 8.75 |
| натриевая соль сополимера акриловой и метакриловой кислот | 5.85 |
| неполная кальциевая соль полиакриловой кислоты | 2.85 |
| неполная кальциевая соль полиметакриловой кислоты | 3.67 |
| плиакриламид | 0.79 |
| сополимер аллилового спирта и аллиламина | 5.2 |
| вода | остальное |
Результаты испытаний:
| а) водоотдача, см3 | 5.5 |
| б) СНС, Па | за 1 мин 50 |
| за 10 мин 72 |
Пример 4
В условиях примера 2, но при использовании для определения водоотдачи смеси водорастворимых компонентов, мас.%:
| сополимера акриловой, метакриловой и винилсульфоновой кислот | 8.85 |
| натриевая соль сополимера акриловой и метакриловой кислот | 6.32 |
| неполная кальциевая соль полиакриловой кислоты | 3.05 |
| неполная кальциевая соль полиметакриловой кислоты | 3.75 |
| полиакриламид | 0.85 |
| сополимер аллилового спирта и аллиламина | 5.5 |
| вода | остальное |
Результаты испытаний:
| а) водоотдача, см3 | 5.0 |
| б) СНС, Па | за 1 мин 62 |
| за 10 мин 78 |
Пример 5
В условиях примера 2, но при использовании для определения водоотдачи смеси водорастворимых компонентов, мас.%:
| сополимер акриловой, метакриловой и винилсульфоновой кислот | 8.95 |
| натриевая соль сополимера акриловой и метакриловой кислот | 6.65 |
| неполная кальциевая соль полиакриловой кислоты | 3.4 |
| неполная кальциевая соль полиметакриловой кислоты | 3.89 |
| полиакриламид | 1.2 |
| сополимер аллилового спирта и аллиламина | 6.2 |
| вода | остальное |
Результаты испытаний:
| а) водоотдача, см3 | 4.5 |
| б) СНС, Па | за 1 мин 68 |
| за 10 мин 82 |
Пример 6
В условиях примера 2, но при использовании для определения водоотдачи смеси водорастворимых компонентов, мас.%:
| сополимер акриловой, метакриловой и винилсульфоновой кислот | 9.0 |
| натриевая соль сополимера акриловой и метакриловой кислот | 6.8 |
| неполная кальциевая соль полиакриловой кислоты | 3.6 |
| неполная кальциевая соль полиметакриловой кислоты | 4.1 |
| полиакриламид | 1.5 |
| сополимер аллилового спирта и аллиламина | 6.5 |
| вода | остальное |
Рабочий раствор готовят с массовой концентрацией 1.55 мас.% с использованием минерализованной воды, содержащей до 5.8 г/л хлористого кальция и 2.9 г/л хлористого магния.
Результаты испытаний:
| а) водоотдача, см3 | 4.0 |
| б) СНС, Па | за 1 мин 75 |
| за 10 мин 85 |
Модификатор буровых растворов, включающий сополимер акриловой, метакриловой и винилсульфоновой кислот (полученный при следующем соотношении мономеров: акриловая кислота 15%, метакриловая кислота 25%, винилсульфоновая кислота 60%), натриевую соль сополимера акриловой и метакриловой кислот (полученную при следующем соотношении мономеров: акриловая кислота 25%, метакриловая 75%), неполную кальциевую соль полиакриловой, неполную кальциевую соль полиметакриловой кислоты, сополимер аллилового спирта и аллиламина, полиакриламид, воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| сополимер акриловой, метакриловой | |
| и винилсульфоновой кислот | 8,25-9,00 |
| натриевая соль сополимера | |
| акриловой и метакриловой кислот | 4,5-6,8 |
| неполная кальциевая соль полиакриловой кислоты | 2,5-3,6 |
| неполная кальциевая соль полиметакриловой кислоты | 3,5-4,1 |
| сополимер аллилового спирта и аллиламина | 4,8-6,5 |
| полиакриламид | 0,5-1,5 |
| вода | остальное |
