СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКРИЛОВОГО РЕАГЕНТА ГИВПАН

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к технологии получения реагентов для обработки буровых растворов и технологических жидкостей в нефте- и газодобыче.

Известны способы получения акриловых реагентов К-9, К-4 и метас /1/.

Однако эти реагенты, приготовленные из дефицитного сырья, сильно повышают вязкость глинистого раствора. При обработке буровых растворов вместе с этими реагентами вводят большое количество щелочи, что пагубно сказывается при разбуривании глинистых пород.

Известен способ получения реагента-стабилизатора буровых растворов /2/ из карбоксиметилцеллюлозы и полиакрилонитрила путем их щелочного гидролиза. Но при этом способе требуется потребление дефицитного и дорогостоящего реагента-карбоксиметилцеллюлозы. К тому же при гидролизе получается высоковязкая трудноперемешиваемая масса, процесс длится долго и требует больших энергозатрат.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения реагента-стабилизатора бурового раствора, включающего гидролиз полиакрилонитрильного сырья с последующим смешением расчетного количества полиакрилонитрильного сырья со щелочью, предварительно растворенной в воде /3/.

Полученный таким образом реагент недостаточно эффективно снижает показатель фильтрации раствора, который является основным для буровых растворов и других технологических жидкостей, применяющихся в бурении.

Технической задачей, решаемой в данном предложении, является улучшение качества гидролизованного акрилового реагента Гивпан путем усиления его влияния на фильтрационные и структурно-механические свойства. Технико-экономической задачей предлагаемого изобретения является расширение сырьевой базы путем вовлечения в производства отходов полиакрилонитрильных волокон, называемых "жгут", ПАН-нить.

Указанная задача достигается тем, что по предлагаемому способу получения акрилового реагента Гивпан, включающему гидролиз полиакрилонитрильного сырья с последующим смешением расчетного количества полиакрилонитрильного сырья со щелочью, предварительно растворенной в воде, щелочь растворяют в воде до pH 12-14, и первые 1,5 часа смешение осуществляют при температуре 80^oC, далее до конца реакции температуру держат 95-100^oC при следующем соотношении компонентов смеси в вес.%: полиакрилонитрильное сырье - 5,0 - 10,0, щелочь - 3,5 - 6,0, вода - остальное.

В качестве полиакрилонитрильного сырья могут быть использованы:
1. Сополимер акрилонитрила с метакрилатом.

2. Отходы полиакрилонитрильных волокон ("жгуты").

3. ПАН-нити и их отходы.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ отличается от известного жесткой регламентацией pH в пределах 12-14. Также отличительным является ступенчатое регулирование температуры - сначала ее держат на уровне 80^oC в течение 1,5 часов, только после этого доводят до 95-100^oC.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Анализ известных способов получения акриловых реагентов показывает, что исследователи /1,2,3/ не изучали влияние на качество конечного продукта 1) величины концентрации ионов гидроксила, определяемую pH; 2) темпа подъема температуры процесса.

Регулирование концентрации гидроксильных ионов в пределах pH 12-14 в предлагаемом способе необходимо для достижения полноты гидролиза -CN групп в -COOONa.

Показатель концентрации ионов гидроксила pH ниже 12 не позволяет достичь полного гидролиза, в то время как при pH более 14 происходит уже перерасход щелочи - NaOH.

Суть процесса гидролиза полиакрилонитрильного сырья заключается в преобразовании нитрильных групп -CN сначала в амидные -CONH₂, а затем в -COONa. Чем больше групп -COO^- образуется по длинной молекуле акрилового полимера, тем сильнее она развернута линейно вследствие электростатического отталкивания заряженных групп -COO друг от друга, тем реагент Гивпан активнее.

Также известно, что термостойкость групп -COO^- и CONH₂ к расщеплению от линейной молекулы полимера выше, чем у нитрильных групп -CN. По этой причине температуру реакции в первые 1,5 часа необходимо поддерживать 80^oC, чтобы большее количество групп -CN успели превратиться в промежуточные группы -CONH₂, которые имеют большую термостойкость и большую вероятность к превращению в реакционные группы -COO^-.

Таким образом, по заявленному способу получения акриловый реагент Гивпан придает буровому раствору новые улучшенные свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию изобретательский уровень.

Предлагаемый способ получения акрилового реагента Гивпан реализуется следующим образом.

В шестикубовый реактор загружается 3620 литров воды, 160 кг щелочи, например NaOH. После растворения щелочи берется проба на pH, который должен быть 12-14. При необходимости добавляется дополнительно NaOH.

Затем при перемешивании добавляется 220 кг сополимера АН с МА с одновременным подъемом температуры до 80^oC. При этой температуре смесь перемешивается 1,5 часа. Затем реакцию доводят до конца при t=95-100^oC до получения гомогенной массы.

Примеры осуществления способа в лабораторных условиях.

Пример приготовления смеси N 2 из таблицы 1.

В литровую колбу заливают 455 мл воды, 20 г щелочи, измеряется pH, после этого загружается 25 г сополимера АН с МА при одновременном подогреве до 80^oC. При этой температуре смесь перемешивается 1,5 часа. Далее температура доводится до 95^oC - 100^oC и поддерживается до окончания.

Смеси 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 готовятся аналогично.

Проверка качества полученных смесей проводится путем добавления их в 8%-ный глинистый раствор из глины Калино-Дашковского месторождения по ТУ 39-0147001-122-93. Показатель фильтрации, вязкости, плотности и СНС определяются по стандартным методикам на стандартных приборах /4/.

В таблице 1 приведены составы смесей, взятых для сравнения с прототипом.

Как следует из таблицы 2, в предлагаемом способе происходит значительное усиление влияния реагента на показатель вязкости, СНС и показатель фильтрации.

Как видно из таблицы 2, при содержании сополимера АН с МА ниже 4% вязкость получаемого реагента Гивпан слишком низкая, соответственно он будет неэффективен как стабилизатор буровых растворов. Увеличение содержания сополимера АН с МА выше 10% приводит к сильному загущению реакционной смеси, неравномерному перемешиванию и получению некондиционного реагента. Также при сокращении количества вводимой щелочи ниже 3,5% гидролиз идет не полный, реагент получается с малой вязкостью (100 сек), содержание NaOH выше 5,0% экономически нецелесообразно - идет его перерасход.

В пункте таблицы 2 показано влияние очередного ввода исходных компонентов на качество получаемого реагента Гивпан. При первоочередном вводе сополимера и второочередном - щелочи, происходит значительное ухудшение влияния реагента Гивпан на свойства бурового раствора.

Из таблицы 3 следует, что применяемые в качестве полиакрилонитрильного сырья сополимер АН с МА, отходы волокна "жгут" или ПАН-нити дают реагент Гивпан с неизменно улучшенным качеством.

Пример H в таблице 2 показывает предпочтительность предлагаемой технологии процесса: а именно с предварительным подогревом и поддержанием температуры смеси на уровне 80^oC в течение 1,5 часов.

Предлагаемый реагент Гивпан может применяться не только как стабилизатор буровых растворов, но и для загущения различных технологических жидкостей при ремонте и освоении скважин, для процессов полимерного заводнения.

Источники информации
1. Паус К.Ф. Буровые растворы. М., Недра, 1973, с.83-85.

2. А.с. СССР N 663709, C 09 K 7/02, 1983.

3. Патент РФ N 2021320, C 09 K 7/02, опубл. 15.10.94 (прототип).

4. Рязанов Я.А. Справочник по буровым растворам. М., Недра, 1979.