Результат интеллектуальной деятельности: Раствор для регенерации фильтров гидрогеологических скважин

Изобретение относится к области геологоразведочного бурения, в частности, восстановления дебита гидрогеологических скважин, снизивших его через некоторое время работы, вследствии выпадения на поверхность фильтра содержащихся в воде солей СаСО₃, MgCO₃, CaSO₄.

Известны способы регенерации фильтров путем механического удаления реагентных, импульсных, импульсно-реагентных методов (см. В.М. Гавриленко, B.C. Алексеев «Фильтры буровых скважин». Изд. 4, переработанное и дополненное. Ростов-на-Дону, «Феникс», 2017 год, с. 367. К недостаткам этих способов относятся сравнительно низкая степень очистки фильтров.

Известно, что отложения этих солей хорошо растворяются кислотой или смесями минеральных кислот - азотной и фосфорной, но при этом происходит значительная коррозия металла. Азотная кислота берется концентрированной, что связано с определенной степенью опасности, растворение солей происходит медленно и не до конца. Поэтому в практике гидрогеологических работ по регенерации фильтров, как правило, применяют более слабые органические кислоты (адипиновую, лимонную, сульфаминовую, и др.).

Из известных химических составов для регенерации фильтров наиболее близким к заявленным является антинакипин. Патент РФ №22213069 от 01.08.2001, МПК CO2F 5/14, имеющий в своем составе следующие компоненты, мас. %

- Сульфаминовая кислота - 85-90;

- Аммоний хлористый - 8-10;

- Тиомочевина - 0,51-1,0 (ингибитор коррозии);

- Нитрилотриметилфосфоноваякислота - 1,0-4,5 (ингибитор коррозии).

К недостаткам данного состава антинакипина относятся: Высокая стоимость, высокая коррозионная активность, (ингибитор коррозии тиомочевина не обладает высоким защитным эффектом по отношении к стали и медным, латунным сплавам), слабая активность по отношению к карбонатным отложениям, низкая степень очистки фильтра гидрогеологических скважин, присутствие солей аммония в растворе является губительным для флоры и фауны.

Известен также реагент для регенерации фильтров гидрогеологических скважин, принятый за прототип (патент РФ №2482153 от 13.09.2011 г.), имеющий в своем составе следующие компоненты:

- трихлоруксусная кислота 15-20%;

сульфаминовая кислота 8-10%;

- ингибитор коррозии КПИ-19 - 0,5-1%;

- ПАВ - ОП10 0,1-0,5%;

- вода - остальное.

К недостаткам данного раствора относится: слабая активность по отношению к карбонатным породам, низкая степень очистки фильтра гидрогеологических скважин.

Технической задачей изобретения является получение синергетического эффекта и создание реагента с высокой растворимостью кольматанта и с наименьшим воздействием на фильтр.

Достигается поставленная задача за счет того, что в реагент для регенерации фильтров гидрогеологических скважин, содержащий сульфаминовую кислоту, трихлоруксусную кислоту, ингибитор коррозии КПИ-19, поверхностно-активное вещество - ПАВ ОП10 и воду при следующем соотношении компонентов, масс, %:

трихлоруксусная кислота - 10-15,

сульфаминовая кислота - 8-10,

ингибитор коррозии КПИ-19 - 0,3-0,5,

поверхностно-активное вещество ПАВ ОП10 - 0,5-1,0,

вода - остальное,

вводят дополнительно:

триполифосфат натрия - 8-12,

адипиновую кислоту 8-12.

Предложенные реагенты наряду с защитой от коррозии разрушают кристаллы солей СаСОз, MgCO₃, CaSO₄ и предотвращает образование кристаллических структур солей СаСОз, MgCO₃, CaSO₄.

За счет предложенного состава химических реагентов удалось добиться синергетического эффекта, то есть каждый последующий реагент усиливает растворимость отложений солей на фильтрующей поверхности фильтра. Технология регенерации фильтров гидрогеологических скважин заключается в следующем: смешивают сухокислотные компоненты:триполифосфат натрия, сульфаминовую, трихлоруксусную и адипиновую кислоты, полученную смесь растворяют в воде и перемешивают в растворомешалке, добавляя ингибитор коррозии и поверхностно-активное вещество ОП10.

После этого с помощью бурового насоса прокачивают полученный раствор через гидроерш, спущенный внутрь фильтра, при этом гидроерш перемещается на бурильных трубах, с помощью лебедки бурового станка, вверх - вниз по всей длине фильтра. Тонкие струи раствора размывают кольматант изнутри и он выносится потоком промывочного раствора на поверхность.

С целью подтверждения эффективности предлагаемого раствора в лабораторных условиях было выполнено растворение образцов закальматированного фильтра в течении оптимального времени - 45 минут. Результаты приведены в таблице 1.

В механизме синергетического эффекта подтверждена лабораторными опытами составляющая доля действия каждого реагента.

1. Трихлоруксуснаякислота-СС1₃СООН-бесцветные гигроскопическое кристаллы, продукт органического синтеза, получают путем окисления хлораля, легко растворяется в воде).

2. Сульфаминовая кислота NH₂SO₃H - бесцветные кристаллы ромбической сингонии, получают взаимодействием мочевины с SO₃HSO₄, легко растворяется в воде. Обладает значительной меньшей коррозионной активностью, чем соляная и серная кислота.

3. Ингибитор коррозии КПИ-19 -комбинированный ингибитор, содержащий соли замещенного аммония, бромистые органические соединения. Представляет собой вязкую жидкость желто-зеленого цвета с характерным запахом, растворимую в воде, минеральных и органических кислотах, органических растворителях.

4. Поверхностно - активное вещество ПАВ ОП10 уменьшает поверхностное натяжение на границе фильтрующей поверхности фильтра, уменьшает отложение солей, улучшает разрушение карбонатных отложений на поверхности фильтра.

5. Триполифосфат натрия - Na₅P₃O₁₀ - порошок белого цвета, хорошо растворимый в воде и кислотах.

6. Адипиновая кислота НООС(СН₂)₄СООН - белый порошок, получают главным образом двухстадийным окислением циклогексана, который легко растворяется в воде.

Реакция с отложением солей на поверхности фильтра происходит следующим образом:

Сульфаминовая кислота NH₂SO₃H

CaCO₃+NH₂S0₃H→Ca²⁺NH₂S0₃+↑C0₂+Н₂0

MgC0₃+NH₂S0₃H→Mg²⁺+NH₂S0₃+↑C0₂+H₂0

CaCO₄+NH₂S0₃H→Ca²⁺+NH₂S0₃+H₂S↑+Н₂0

Трихлоруксусная кислота CCl₃COOH

СаСОз+СС1₃СООН→Са²⁺+С1+↑С0₂+Н₂0

MgC0₃+CCl₃COOH→Mg²⁺+С1+↑С0₂+Н₂0

CaC0₄+NH₂S0₃H→[CCl₃COO]₂Ca+H₂S↑+H₂0

Адипиновая кислота HOOC(CH₂)₄COOH

СаСОз+HOOC(CH₂)₄COOH→[(CH₂)₄(COO)₂]Ca+↑C0₂+Н₂0

MgCO₃+HOOC(CH₂)₄COOH→[(CH₂)₄(COO)₂]Mg+↑C0₂+Н₂0

CaSO₄+HOOC(CH₂)₄COOH→[(CH₂)₄(COO)₂]Ca+↑S0₄+H₂0

В результате реакции предлагаемых кислот с карбонатами кальция, магния и сульфата кальция, получаем продукты реакции С0₂, H₂S, Н₂0.

Триполифосфат натрия Na₅P₃O₁₀

5CaCOз+3Na₅P₃O₁₀→Ca₅(P₃O₁₀)₂+5Na₂CO₃

5Fe(OH)₃+3Na₅P₃O₁₀→Fe₅(P₃O₁₀)₃+15Na₂OH

5FеСО₃+2Nа₅Р₃O₁₀→Fе₅(Р₃O₁₀)₂+5Na₂CO₃

Выполненные лабораторные исследования на образцах закольматированного фильтра (таблица 1) показывают, что эффективность предлагаемого раствора для регенерации фильтров в среднем на 40% выше, чем эффективность раствора принятого за прототип (патент РФ №2482153 от 13.09.2011 г).