CS216069B1 - Způsob výroby sulfitové antifiltrační přísady vrtného výpláchu. - Google Patents

Abstract

Způsob výroby antifiltrační přísady vrtného výpláchu pro velmi hluboké vrty. Přísada se vyrábí ze sulfátových výluhů nabo výpalků, zvláště bemonitové suspenze. Účelem vynálezu je snížit filtraoi vrtného výpláchu do stěn vrtu i při vysoké teplotě ve vrtu a v přítomnosti kationů vápníku, hořčíku, mědi a železa. Sulfitové výluhy nebo výpalky se nejdříve dekalcinují pomooí HgSO^ nebo NagSO^ nebo NagSO-j. Po oddělení se získaný čirý roztok nechá reagovat se solemi chrómu nebo s chlornany a vzpikne oxidovaná nebo sítovaná struktura kyseliny lignlnaulfonové. Sítování lze dokončit v přítomnosti solí huminových kyselin nebo syntetického polyfenolického třísliva. Výrobou přísady se likviduje část odpadu v průmyslu papíru a celulózy, čímž se zvyšuje čistota životního prostředí.

Description

Předmětem vynálezu je způsob výroby sulfátové antifiltrační přísady vrtného výplachu, používané jako ochranný koloid pro hloubení velmi hlubokých vrtů v geologickém průzkumu ložisek živic.

Při hloubení velmi hlubokých vrtů má vrtný výplach celou řadu funkcí, z nichž některé, např. čerpatelnost, viskozita, mez toku, binghamovská mez toku a hydraulické vlastnosti, ovlivňují vrtný postup, očištování poěvy vrtu i výplachu na povrchu, bezpečnost vrtně technických operací před vniknutím plynu nebo ložiskové vody do vrtu. Nedodržení těohto parametrů může mít za následek výron plynu, případně jeho erupci, a tím nebezpečí zmaření oelého díla.

Jedním z velmi důležitých vlastností vrtného výplachu při vrtání velmi hlubokých vrtů je jeho filtrace, tj. pronikání vodného filtrátu výplachu do horniny, což má za následek rozbředávání jílovitých a břidličnatých hornin, vznik kaveren, narušení soudržnosti stěn vrtů a s tím spojené komplikace, které zvyšují náklady na provedení vrtu nebo dokonce znemožňují technické provedení vrtných operací. Vedle toho filtrát výplachu, pronikající do horniny, jež obsahuje živičné impregnace, tj. surovou ropu nebo zemní plyn, způsobuje v bezprostřední blízkosti vrtu vodní blok ve formě emulze živic, který brání přítoku ropy nebo zemního plynu z ložiska do vrtu. Při styku vodního filtrátu v kapilárních pórech horniny s ropou nebo zemním plynem nastává zvýšené napětí mezi filtrátem výplaohu a ropou a značně se zvyšuje odpor proti toku, oož způsobuje pokles těžby živic a komplikuje geofyzis kalní měření ve vrtu po ukončení a dosažení plánované hloubky v^tu.

Tento negativní vliv na kvalitu a rychlost vrtně technických operací a na kolektorské vlastnosti roponosného ložiska se odstraňuje dávkováním antifiltrační přísady do vrtného výplachu. Jako antifiltrační přísady vrtných výplachů se používají ochranné koloidy rozličného chemického složení, jako jsou např. polysacharidy, škrob bramborový nebo pšeničný, dále dextranové polymery, celulózové deriváty a jejich makromolekulám! koloidy ze skupiny synteicky připravených karboxymetylcelulóz, raetylcelulóz, anionických celulóz, karboxymetylhydroxyetyl-celulóz, dále algináty, hurainové sloučeniny apod.

Uvedené antifiltrační přísady koloidní povahy mají tu nevýhodu, že působí pokles filtrace vrtného výplachu maximálně do 120 až l60 °C, nebot se vlivem teploty rozkládají.

Kromě toho při vyšší koncentraci antifiltračních přísad do výplachu dochází ke zvýšení viskozity a poklesu čerpatelnosti výplachu, popřípadě, je třeba výplach dále upravovat speciálními ztekucovadly, což je materiálově i finančně nákladné. Řada dosud používaných antifiltrantů má selektivní charakter, nebot tyto ochranné koloidy ztrácejí antifiltrační vlastnosti v přítomnosti kationu vápníku, hořčíku, mědi, železa, a to i při nepatrných koncentracích. (

Je také známá antifiltrační přísada do vrtného výplachu získaná ze sulfitových výluhů. Sulfitové výluhy jako odpadní produkt při zpracování dříví na celulózu obsahují vedle lignosulfonového komplexu nečistoty, např. hemicelulozy, cukry a síran vápenatý, které snižují jejich antifiltrační efekt. Kondenzací sulfitových výluhů formaldehydem a fenoly v kyselém prostředí byl také připraven vysokomolekulární antifiltrant vrtného výplachu, který je stabilní maximálně do 200 °C.

Nevýhodou sulfitových výluhů je skutečnost, že působí jako ztekucovadlo vrtného výplachu bud ve formě vápenatých, sodných, nebo amonných sulfitových výluhů maximálně do 175 až 180 °C. Výluhy přitom značně pění, snižují měrnou hmotnost vrtného výplachu a jejich antifiltrační vlastnosti jsou relativně nedostatečné.

Kondenzované sulfitové výluhy sice snižují filtraci výplachu, avšak maximálně do 200 °C, přičemž zvyšují viskozitu i kůru filtračního koláče. V přítomnosti minerálních solí, např. NaCl, značně pění a snižují čerpatelnoet vrtného výplachu y cirkulačním systému hlubinného vrtání. Sulfitové výluhy i jejich kondenzační produkty se rovněž při vyšší teplotě než 180 až 200 °C rozkládají, uvolňují kysličník siřičitý S0₂, případně sirovodík, který způsobuje nebezpečnou korozi vrtného nářadí.

Uvedené nevýhody odstraňuje sulfitové antifiltrační přísada získaná způsobem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sulfitové výluhy nebo sulfitové výpalky o koncentraci 30 až 50 % hmotnostních se za účinného míchání dekalcinují kyselinou sírovou nebo síranem sodným nebo uhličitanem sodným až poměr ekvivalentu dekalcinačního činidla k ekvivalentu kysličníku vápenatého před dekalcinací činí 0,8 až 1,2, vzniklá sraženina se oddělí a do čirého dekalcinovaného roztoku se při neustálém míchání postupně dávkuje za vzniku oxidovaných a/nebo sítovaných struktur kyseliny ligninsulfonové dvojchroman draselný a/nebo dvojchroman sodný a/nebo síran chromitý nebo chlornan sodný nebo chlornan vápenatý, až připadne na 100 g sušiny dekalcinovaného roztoku 0,1 až 15 g kysličníku chromitého nebo 0,1 až 20 g soli chlornanu sodného nebo chlornanu vápenatého, přitom jak při dekalcinaci, tak při oxidaci a/nebo sítování je koncentrace nezreagovaného dekalcinačního, oxidačního a/nebo sítovacího činidla v reakčním roztoku menší než 200 g/l po dobu kratší než 10 min.

Antifiltrační účinek výsledného produktu se zvýší, když se do oxidovaného a/nebo zesítovaného roztoku aplikuje syntetické polyfenolické tříslivo nebo huminové kyseliny v množství 10 až 50 g sušiny na 100 g sušiny oxidovaného a/nebo zesítovaného roztoku a při neustálém míchání se nechá roztok po dobu 10 min. až 3 h nadále sítovat.

Nový a vyšší účinek se dosáhne tím, že z výchozího ligninového roztoku sulfitového výluhu a/nebo sulfitových výpalků se před vlastní oxidací a/nebo sítováním, dekantací odstraní 95 až 99 % vápníku, přičemž se v maximální míře uvolní reaktivní skupiny ligninu,

K těmto skupinám vzniknou v druhé fázi přípravy antifiltrační přísady následkem oxidace další reaktivní skupiny, čímž se umožní dokonalé zesítování molekul kyseliny ligninsulfonové s ostatními složkami reakční směsi za vzniku takových struktur, které pak vykazují vysokou stabilitu a účinnost i při teplotách 200 až 220 °C. Tím se získá produkt s výbornýÉi antifiltračními vlastnostmi. Jeho účinnost, tj. snížení flltrovatelnosti, vzrůstá s koncentrací antifiltračního činidla ve výplachu. Je účinný ve sladkovodní, slané a sádrovcové suspenzi bentonitu, a to i v přítomnosti keagulujících kationů vápníku, hořčíku, železa a mědi. Navrhovaný postup výroby umožňuje převést dekalcinaci, oxidaci a sítování při vysoké koncentraci reakčního roztoku. Nedochází přitom k vysrážení lignitu, gelovéní nebo až tuhnutí roztoku, což jsou hlavní překážky a potíže při přípravě antifiltračních přísad podobného druhu. Při výrobě se zísfcá hrubozrnný dobře sedimentující a dobře filtrovatelný kal síranu vápenatého a uhličitanu vápenatého. Vysoká ekonomika antifiltrační přísady shora uvedeným postupem spočívá v tom, že výrobní proces je jednoduchý, tepelně málo náročný a reakční roztoky je možné sušit o vysoké koncentraci. V průběhu výroby nedochází ke ztrátě solí chrómu. K výrobě možno použít dvojchroman sodný, dvojohroman draselný nebo síran chromitý. K ekonomice výroby se přispívá i tím, že na ukončení síťování antifiltrační přísady možno též použít relativně laciné soli huminových kyselin nebo syntetické polyfenolické tříslivo (např. Kortan-W). Tím se dosáhne snížení spotřeby oxidovadel.

Následující příklady objasňují, ale nikterak neomezují podstatu nového způsobu výroby sulfitové antifiltrační přísady vrtného výplachu pro velmi hluboké vrty.

Příklad 1

700 ml sulfitových výpalků koncentrace 31,81 hmot. % se při teplotě 60 °C za míchání dekalcinuje 227,2 ml kyseliny sírové koncentrace 73,56 % hmot., a to za nepřetržitého přítoku v množství 54,1 ml po dobu 10 min. Dekalcinace se ukončí dalším 30timinutovým mícháním reakčního roztoku, přiněmž se vzniklý síran vápenatý nechá sediméntovat.

400 ml takto získaného děkanátu při teplotě 50 °C se oxiduje za neustálého míchání s 2 840 ml dvoj chromenu draselného o koncentraci 20 % hmot., který se nepřetržitě přivádí v množství 158 ml po dobu 10 minut. Reakce síťování a oxidace se ukončí v průběhu dalšího míchání, trvající 30 minut. Získaný roztok po vysušení jo v podstatě antifiltrační přísada. Tato snižuje filtraci 6%ní sladkovodní suspenze bentonitu o 51,5 % a viskozitu o 65,5 %.

Filtrace sladkovodní suspenze bentonitu po 6tihodinovém záhřevu na 200 °C a po úpravě 3%ním množstvím antifiltrační sušiny poklesla z původní hodnoty 24 ml na 11 ml.

Příklad 2

036 ml sulfitového výluhu koncentrace 46,24 % hmot. se dekalcinuje při teplotě 90 °C za neustálého míchání působením 204,7 ml kyseliny sírové o koncentraci 93,6 %, a to dávkováním v množství 34,1 ml po dobu 10 minut. Po 3 hodinové sedimentaci vzniklého síranu vápenatého dekaloinací se získá odvápněný výluh.

700 ml takto získaného dekal cínovaného roztoku se při teplotě 30 °C alkalizuje koncentrovaným hydroxidem sodným na pH 9, dále se oxiduje a síťuje s 933,5 ml .chlornanu sodného o koncentraci 10 %. Tento se nepřetržitě dávkuje v množství 175 ml po dobu 10 minut a intenzivního míchání reakčního roztoku. Síťování se ukončí dávkováním 186,7 kg sušiny huraitanu draselného rozpuštěného v 616 ml vody za neustálého míchání reakčního roztoku při 50 °C po dobu 3 hodin. Získaný roztok po vysušení je antifiltrační přísada, která při kontrolní zkoušce popsané v příkladu 1 snižuje filtraci suspenze bentonitu o 49,3 % a viskozitu o 63,2 %.

Filtrace slané suspenze bentonitu po 6tihodinovém záhřevu na 200 °C po úpravě 3%ním množstvím antifiltrační sušiny poklesla z původní hodnoty 35 ml na l6 ml podle metodiky API.

Antifiltrační přísada získaná podle tohoto vanálezu je vhodná pro použití jako aditivum do vrtného výplachu velmi hlubokých vrtů, a to při vyhledávání ložisek živic, nafty a zemního plynu, dále při vyhledávání nerostných surovin a vrtání sond podzemních zásobníků plynu. Zavedením výroby antifiltrační přísady se využije domácí odpadová surovina, dochá4 zí ke komplexnějšímu využití dřevěné hmoty a současně se přispěje ke zvýšení čistoty životního prostředí.

Claims (2)

1. Způsob výroby sulfitové antifiltrační přísady vrtného výplachu, vyznačený tím, že sulfitové výluhy nebo sulfitové výpalky o koncentraci 30 až 5o % hmotnostních se za účinného míchání dekalcinují kyselinou sírovou nebo síranem sodným nebe uhličitanem sodným až poměr ekvivalentu dekalcinačního činidla k ekvivalentu kysličníku vápenatého před dekalcinací činí 0,8 až 1,2, vzniklá sraženina se oddělí a do čirého dekalcinovaného roztoku se při neustálém míchání postupně dávkuje za vzniku oxidovaných a/nebo síťovaných struktur kyseliny ligninsulfonové dvojchroman draselný a/nebo dvojchroman sodný a/nebo síran chromitý nebo chlornan sodný nebo chlornan vápenatý až připadne na 100 g sušiny dekalcinovaného roztoku 0,1 až 15 g kysličníku chromitého nebo 0,1 až 20 g soli chlornanu sodnéhé nebo chlornanu vápenatého, přitom jak při dekalcinaci, tak při oxidaci a/nebo síťování je koncentrace nezreagovaného dekalcinačního, oxidačního a/nebo síťovacího činidla v reakčním roztoku menší než 200 g/l po dobu kratší naž 10 min.

2. Způsob výroby eulfitové přísady vrtného výplachu podle bodu 1, vyznačený tím, še do oxidovaného a/nebo zesíťovaného roztoku se aplikuje syntetické polyfenolické tříslivo nebo huminové kyseliny v množství 10 až 50 g sušiny na 100 g sušiny oxidovaného a/nebo v ^v zesíťovaného roztoku a při neustálém míchání se nechá roztok po dobu 10 min. až 3 hodiny nadále sítovat.