RU2789679C1 - Method for preparing acrylic lignosulfonate reagent for drilling fluid treatment - Google Patents
Method for preparing acrylic lignosulfonate reagent for drilling fluid treatment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2789679C1 RU2789679C1 RU2022108393A RU2022108393A RU2789679C1 RU 2789679 C1 RU2789679 C1 RU 2789679C1 RU 2022108393 A RU2022108393 A RU 2022108393A RU 2022108393 A RU2022108393 A RU 2022108393A RU 2789679 C1 RU2789679 C1 RU 2789679C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lignosulfonate
- acrylic
- modifying agent
- reagent
- maleic anhydride
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности: к бурению скважин, а именно к производству химических реагентов для обработки буровых растворов.The invention relates to the oil and gas industry: to drilling wells, and in particular to the production of chemicals for the treatment of drilling fluids.
В области производства буровых реагентов наиболее распространенным направлением до сих пор является разработка и производство реагентов на основе лигносульфонатного сырья в основном для регулирования фильтрационных и реологических характеристик глинистых буровых растворов. Одними из первых описаны способы получения конденсированной сульфит-спиртовой барды (А.с. №108668, 1955), в течение многих лет являвшихся наиболее востребованным лигносульфонатным реагентом в бурении. Революционным прорывом в дальнейшем в этой области стала разработка и освоение производства металлосодержащих лигносульфонатов - ХЛС, ФХЛС (US 3035042 А, 1962; SU 290109 А, 1971; RU 94014261 А1, 1995, RU 2106383 С1, 1998).In the field of production of drilling chemicals, the most common direction so far is the development and production of chemicals based on lignosulfonate raw materials, mainly for controlling the filtration and rheological characteristics of clay drilling fluids. One of the first described methods for producing condensed sulfite-alcohol stillage (AS No. 108668, 1955), which for many years was the most popular lignosulfonate reagent in drilling. A revolutionary breakthrough in the future in this area was the development and development of the production of metal-containing lignosulfonates - HLS, FHLS (US 3035042 A, 1962; SU 290109 A, 1971; RU 94014261 A1, 1995, RU 2106383 C1, 1998).
На ряду модифицирования лигносульфонатов с металлами развивалось направление сополимеризации их различными полимерами, в частности акриловыми. Данный патент описывает один из способов производства модифицированных лигносульфонатов, а именно акриловых лигносульфонатов (АЛС) для обработки глинистых буровых растворов.Along with the modification of lignosulfonates with metals, the direction of their copolymerization with various polymers, in particular acrylic ones, has developed. This patent describes one of the methods for the production of modified lignosulfonates, namely acrylic lignosulfonates (ALS) for the treatment of clay drilling fluids.
Известен способ получения акрилового лигносульфоната (US 4374738, 1983) путем взаимодействия лигносульфонатов с непредельными акриловыми мономерами при высокой температуре с последующей сушкой до порошкообразного состояния. Такой реагент удовлетворительно регулирует реологические свойства глинистых буровых растворов, но малоэффективен в отношении их фильтрационных характеристик.A known method for producing acrylic lignosulfonate (US 4374738, 1983) by reacting lignosulfonates with unsaturated acrylic monomers at high temperature, followed by drying to a powder. Such a reagent satisfactorily regulates the rheological properties of clay drilling fluids, but is ineffective in relation to their filtration characteristics.
Наиболее близким, принятым нами за прототип, является способ получения акрилового лигносульфонатного реагента (патент RU №2211852, C09K 7/00 от 20.05.2002). Способ включает взаимодействие лигносульфоната с содержанием 0-7,5 мас. ч. сульфата железа, с модифицирующим агентом - акриловой кислотой, метилакрилатом, акрилонитрилом в водной среде с предварительной продувкой аргоном при нагревании до 97-100°С путем привитой радикальной сополимеризации в присутствии инициатора реакции перекиси водорода, охлаждение до 25°С с последующей сушкой до порошкообразного состояния. Массовое соотношение лигносульфоната и модифицирующего агента составляет 10:10-10:0,5, количество инициатора реакции 0,15-2,8 мас.ч. Указано, что в данном случае в качестве инициатора радикальной полимеризацци предлагается использовать перекись водорода с концентрацией не ниже 30%, а также персульфаты аммония и калия.The closest, adopted by us for the prototype, is a method for producing acrylic lignosulfonate reagent (patent RU No. 2211852, C09K 7/00 dated 20.05.2002). The method includes the interaction of lignosulfonate with a content of 0-7.5 wt. including iron sulfate, with a modifying agent - acrylic acid, methyl acrylate, acrylonitrile in an aqueous medium with preliminary purging with argon when heated to 97-100 ° C by radical graft copolymerization in the presence of a hydrogen peroxide reaction initiator, cooling to 25 ° C, followed by drying to powder state. The mass ratio of lignosulfonate and modifying agent is 10:10-10:0.5, the amount of reaction initiator is 0.15-2.8 wt.h. It is indicated that in this case, it is proposed to use hydrogen peroxide with a concentration of at least 30%, as well as ammonium and potassium persulfates, as the initiator of radical polymerization.
Реагент, полученный таким способом, является эффективным разжижителем и понизителем фильтрации глинистых буровых растворов, однако недостаточно эффективно регулирует его ингибирующие свойства в отношении выбуренной глинистой породы и глинистых пород на стенках скважины.The reagent obtained in this way is an effective thinner and filtration reducer of clay drilling fluids, however, it does not effectively regulate its inhibitory properties in relation to cuttings and clay rocks on the walls of the well.
Технической задачей, решаемой в данном предложении, является улучшение качества акрилового реагента путем одновременного усиления его влияния на фильтрационные, реологические и ингибирующие свойства бурового раствора.The technical problem solved in this proposal is to improve the quality of the acrylic reagent by simultaneously enhancing its effect on the filtration, rheological and inhibitory properties of the drilling fluid.
В предлагаемом способе поставленная задача решается приготовлением акрилового лигносульфонатного (АЛС) реагента для обработки буровых растворов, включающем взаимодействие лигносульфоната с модифицирующим агентом акрилового ряда в водной среде, с предварительным продуванием массы аргоном при нагревании, путем привитой радикальной сополимеризации лигносульфоната и модифицирующего агента в присутствии инициатора реакции, охлаждение массы до 25°С с последующей сушкой до получения сухого вещества, согласно предлагаемому изобретению модифицирование проводят при температуре 65-85°С, в качестве модифицирующего агента акрилового ряда используют малеиновый ангидрид при массовом соотношении лигносульфоната и малеинового ангидрида 10:6,8-10:1,36, а в качестве инициатора реакции - гидроперит в количестве 0,4-3,2 мас.ч.In the proposed method, the task is solved by preparing an acrylic lignosulfonate (ALS) reagent for treating drilling fluids, including the interaction of lignosulfonate with an acrylic series modifying agent in an aqueous medium, with preliminary blowing of the mass with argon during heating, by grafting radical copolymerization of lignosulfonate and a modifying agent in the presence of a reaction initiator , cooling the mass to 25 ° C, followed by drying to obtain a dry substance, according to the invention, modification is carried out at a temperature of 65-85 ° C, maleic anhydride is used as a modifying agent for the acrylic series at a mass ratio of lignosulfonate and maleic anhydride of 10: 6.8 - 10:1.36, and as the initiator of the reaction - hydroperite in the amount of 0.4-3.2 wt.h.
При разработке нового реагента для обработки буровых растворов ставилась задача создания разжижающего реагента с одновременным усилением его фильтрационных и придания дополнительных ингибирующих свойств.When developing a new reagent for the treatment of drilling fluids, the task was to create a thinning agent with simultaneous enhancement of its filtration and imparting additional inhibitory properties.
Задачей данного изобретения является придание новому реагенту дополнительных ингибирующих свойств с сохранением и усилением его фильтрационных и разжижающих способностей. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ отличается от известного температурой процесса, составными компонентами, их соотношением, таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».The objective of this invention is to give the new reagent additional inhibitory properties while maintaining and enhancing its filtration and thinning abilities. Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the proposed method differs from the known process temperature, constituent components, their ratio, thus, the claimed technical solution meets the criterion of "novelty".
Поставленная задача достигается понижением температуры и вводом нового модифицирующего агента малеинового ангидрида.The task is achieved by lowering the temperature and introducing a new modifying agent maleic anhydride.
Температура реакции влияет на состав продуктов взаимодействия, которые определяют свойства получаемого реагента.The reaction temperature affects the composition of the interaction products, which determine the properties of the resulting reagent.
Краткий обзор строения исходных компонентов позволит объяснить влияние температуры на направление реакций, состав получаемых продуктов и, соответственно, на технологические параметры обрабатываемых буровых растворов.A brief review of the structure of the initial components will make it possible to explain the effect of temperature on the direction of reactions, the composition of the products obtained, and, accordingly, on the technological parameters of the processed drilling fluids.
Образование сополимера путем взаимодействия радикала гомополимера акриловой кислоты с фрагментом молекулы ЛСТ происходит замещение атома водорода в орто-положении молекулы ЛСТ свободным радикалом гомополимера акриловой кислоты. Естественно, степень полимеризации n в составе гомополимера будет зависеть от соотношения энергий активации реакций: 1) гомополимеризации акриловой кислоты; 2) замещения атома водорода ароматического ядра, имеющегося в составе молекулы лигнина, гомополимерным радикалом. Это дает возможность регулировать физико-химические свойства получаемого
реагента путем варьирования температуры реакции.The formation of a copolymer by the interaction of the acrylic acid homopolymer radical with a fragment of the LST molecule results in the replacement of the hydrogen atom in the ortho position of the LST molecule by the free radical of the acrylic acid homopolymer. Naturally, the degree of polymerization n in the composition of the homopolymer will depend on the ratio of the activation energies of the reactions: 1) homopolymerization of acrylic acid; 2) replacement of the hydrogen atom of the aromatic nucleus present in the composition of the lignin molecule with a homopolymer radical. This makes it possible to control the physicochemical properties of the obtained
reagent by varying the reaction temperature.
Образование гидролизованного радикала гомополимера малеинового ангидрида (а) и взаимодействие его с фрагментом молекулы ЛСТ с образованием сополимера (б), из чего видно, что в условиях реакции сополимеризации с ЛСТ малеиновый ангидрид имеет возможность гидролизоваться до малеиновой кислоты, который под действием инициатора - ОН-радикала от гидроперита - образует гомополимерный свободный радикал (схема а), The formation of a hydrolyzed radical of the maleic anhydride homopolymer (a) and its interaction with a fragment of the LST molecule to form a copolymer (b), from which it can be seen that under the conditions of the copolymerization reaction with LST, maleic anhydride has the ability to hydrolyze to maleic acid, which, under the action of the initiator - OH- radical from hydroperite - forms a homopolymer free radical (scheme a),
а)A)
Принципиальное различие такого радикала от акриловых гомополимерных радикалов состоит в том, что каждое мономерное звено содержит не одну, а две карбоксильные группы, которые увеличивают способность к адсорбции образовавшегося сополимера (схема б), оказывая положительное влияние на фильтрационные и ингибирующие свойства глинистого раствора.The fundamental difference between such a radical and acrylic homopolymer radicals is that each monomeric unit contains not one, but two carboxyl groups, which increase the adsorption capacity of the resulting copolymer (Scheme b), having a positive effect on the filtration and inhibitory properties of the clay solution.
Для расширения ассортимента сырьевых компонентов в качестве инициатора реакций гомо- и сополимеризации наряду с перекисью водорода или персульфатов аммония или калия предлагается новый дополнительный реагент - гидроперит, представляющий собой клатрат карбамида и перекиси водорода. В отличие от перекиси водорода и указанных персульфатов, он более безопасен и удобен в применении, так как представляет собой сухой порошкообразный продукт. При нагревании гидроперит выделяет перекись водорода, т.е. работает по известному механизму.To expand the range of raw materials as an initiator of homo- and copolymerization reactions, along with hydrogen peroxide or ammonium or potassium persulfates, a new additional reagent is proposed - hydroperite, which is a carbamide and hydrogen peroxide clathrate. Unlike hydrogen peroxide and these persulfates, it is safer and more convenient to use, as it is a dry powder product. When heated, hydroperite releases hydrogen peroxide, i.e. works according to a known mechanism.
Таким образом, по заявляемому способу получения акрилового лигносульфонатного реагента наряду с разжижающими и понижающими фильтрацию свойствами реагент приобретает ингибирующие свойства по отношению к выбуренному шламу и глинистым стенкам скважины, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «изобретательский уровень».Thus, according to the claimed method for producing an acrylic lignosulfonate reagent, along with thinning and filtration-reducing properties, the reagent acquires inhibitory properties with respect to drilled cuttings and clay well walls, which allows us to conclude that the proposed solution meets the criterion of "inventive step".
Ниже приводятся примеры приготовления составов по предлагаемому способу.The following are examples of the preparation of compositions according to the proposed method.
Пример 1. Состав №8 из таблицы №1 и состав №4 из таблицы №2 готовятся таким образом: К 100 мас.ч. 50: ЛСТ с содержанием железа 5% добавляется 4 и 5 мас.ч. АК соответственно и 25 мас.ч. воды для разжижения. Далее для удаления воздуха смесь продувается аргоном и нагревается до 75°С, следом вводится перекись водорода в количестве 2,0 мас.ч. Продолжается самопроизвольный нагрев, но не более 85°С и не более 3 часов. Реакция прекращается охлаждением массы до 25°С.Example 1. Composition No. 8 from table No. 1 and composition No. 4 from table No. 2 are prepared as follows: To 100 wt.h. 50: LST with an iron content of 5% is added 4 and 5 wt.h. AK, respectively, and 25 wt.h. water for liquefaction. Further, to remove air, the mixture is purged with argon and heated to 75°C, followed by the introduction of hydrogen peroxide in the amount of 2.0 wt.h. Spontaneous heating continues, but not more than 85 ° C and not more than 3 hours. The reaction is terminated by cooling the mass to 25°C.
Пример 2. Состав 25 из таблицы №1 и состав №11 из таблицы №2 готовятся в следующем порядке: К 100 мас.ч. 50%-ного ЛСТ с 5%ным содержанием железа добавляется 3,5 мас.ч. малеинового ангидрида и 1.5 мас.ч. перекиси водорода. Далее процесс ведут при температуре 80°С, как в предыдущем примере.Example 2. Composition 25 from table No. 1 and composition No. 11 from table No. 2 are prepared in the following order: To 100 wt.h. 50% LST with 5% iron content is added to 3.5 wt.h. maleic anhydride and 1.5 wt.h. hydrogen peroxide. Further, the process is carried out at a temperature of 80°C, as in the previous example.
В таблице 1 приведены составы с акриловой кислотой (АК), метилакрилатом (МАК), акрилонитрилом (АН) и предлагаемым новым модифицирующим агентом - малеиновым ангидридом (МА) по сравнению с аналогом (прототипом). По примерам 7 и 8, 13 и 14, 20 и 21, 25 и 26 видно, что предлагаемые составы по реологическим и фильтрационным составам превосходят аналог.Table 1 shows the compositions with acrylic acid (AA), methyl acrylate (MAA), acrylonitrile (AN) and the proposed new modifying agent - maleic anhydride (MA) compared with analogue (prototype). In examples 7 and 8, 13 and 14, 20 and 21, 25 and 26 it can be seen that the proposed compositions in terms of rheological and filtration compositions are superior to the analogue.
Как видно из таблицы №1 составы 3-8 с содержанием АК 1,0-5,0 мас.ч., составы 11-14 с содержанием МАК 1,2-6,0 мас.ч., составы 17-20 с АН 0,74-3,7, составы №23-27 с МА 1,36-6,8 имеют лучшие показатели по влиянию на разжижающие, фильтрационные показатели, чем аналог в 1.6 и 1,45 раз. Понижение нижнего предела содержания компонентов приведет к ослаблению и разжижающих и фильтрационных свойств, как это видно по примерам №2, №10, №16 и №22. Повышение верхнего уровня количества компонентов ограничено экономической нецелесобразностью, не приводящей к дальнейшему улучшению качества реагентов. Таблица 2 отражает влияние температуры процесса на качество предлагаемого реагента.As can be seen from table No. 1, compositions 3-8 with an AA content of 1.0-5.0 parts by weight, compositions 11-14 with a MAA content of 1.2-6.0 parts by weight, compositions 17-20 with AN 0.74-3.7, compositions No. 23-27 with MA 1.36-6.8 have better performance on the effect on thinning, filtration performance than the analogue by 1.6 and 1.45 times. Lowering the lower limit of the content of the components will lead to a weakening of both thinning and filtration properties, as can be seen in examples No. 2, No. 10, No. 16 and No. 22. An increase in the upper level of the number of components is limited by economic inexpediency, which does not lead to a further improvement in the quality of the reagents. Table 2 reflects the effect of process temperature on the quality of the proposed reagent.
В пределах отмеченных температур от 65°С до 85°С, как видно по составам 3, 4, 5 приготовленным с акриловой кислотой и составам 9, 10, 11 с малеиновым ангидридом у сополимеров наблюдаются лучшие показатели по разжижающим фильтрационным и, особенно, по ингибирующим свойствам по сравнению с аналогом. Наиболее сильно выражены эти эффекты у составов на основе малеинового ангидрида: так условная вязкость для них составляет 24-25 сек, (Кразж-0,73), показатель фильтрации-5,5-5,7, коэффициент набухания - 0,2-0,35, что на 20-50% превосходит соответствующие показатели у сополимеров ЛСТ с другими модификаторами.Within the indicated temperatures from 65°C to 85°C, as can be seen from compositions 3, 4, 5 prepared with acrylic acid and compositions 9, 10, 11 with maleic anhydride, the copolymers show better performance in thinning filtration and, especially, inhibitory properties compared to analogues. These effects are most pronounced in compositions based on maleic anhydride: for example, the relative viscosity for them is 24-25 sec, (Krazzh-0.73), the filtration index is 5.5-5.7, the swelling coefficient is 0.2-0 ,35, which is 20–50% higher than the corresponding parameters for LST copolymers with other modifiers.
Понижение температуры процесса ниже 65°С, как видно по примерам 3 и 7, приводит к недополучению желаемого качества, видимо из-за недостижения энергии активации реакций сополимеризации, а повышение температуры взаимодействия выше 85°С ведет к увеличению доли нежелательных реакций гомополимеризации.Lowering the process temperature below 65°C, as can be seen from examples 3 and 7, leads to a lack of the desired quality, apparently due to the failure to achieve the activation energy of copolymerization reactions, and an increase in the interaction temperature above 85°C leads to an increase in the proportion of undesirable homopolymerization reactions.
В таблице 3 приведено влияние количества гидроперита на качество предлагаемого реагента. Сравнение составов 3, 4, 5 из таблицы 2 и 4, 5, 6 из таблицы показывает, что при одинаковых соотношениях компонентов ЛСТ:АК 10:4 инициаторы радикальной полимеризации - перекись водорода и гидроперит - в указанных количествах оказывают одинаковое влияние на параметры глинистых буровых растворов.Table 3 shows the influence of the amount of hydroperite on the quality of the proposed reagent. Comparison of compositions 3, 4, 5 from table 2 and 4, 5, 6 from the table shows that at the same ratios of components LST:AK 10:4, radical polymerization initiators - hydrogen peroxide and hydroperite - in the indicated amounts have the same effect on the parameters of clay drilling solutions.
Таким образом, из таблиц 1, 2, 3 следует, что показатели буровых растворов, обработанных предлагаемым реагентом, кратно превосходят показатели растворов, приготовленных с использованием аналога, что свидетельствует о соответствии реагента предъявляемым требованиям и поставленной цели.Thus, from tables 1, 2, 3 it follows that the performance of drilling fluids treated with the proposed reagent is a multiple of the performance of solutions prepared using an analogue, which indicates that the reagent meets the requirements and the goal.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2789679C1 true RU2789679C1 (en) | 2023-02-07 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4374738A (en) * | 1980-06-09 | 1983-02-22 | Georgia-Pacific Corporation | Drilling fluid composition |
| RU2211852C1 (en) * | 2002-05-20 | 2003-09-10 | Государственное научно-производственное предприятие "Азимут" | Method for preparing reagent for mud treatment |
| RU2236430C1 (en) * | 2003-02-13 | 2004-09-20 | Дочернее общество с ограниченной ответственностью "Буровая компания открытого акционерного общества "ГАЗПРОМ" | Complex reagent stabilizing polymeric and low-clay drilling muds and a method of preparation thereof |
| WO2011028091A1 (en) * | 2009-09-07 | 2011-03-10 | Universiti Sains Malaysia | A method for preparing a gelling and viscosifying agent for drilling mud and the product thereof |
| RU2517558C2 (en) * | 2012-04-18 | 2014-05-27 | Республиканское Унитарное Предприятие "Производственное Объединение "Белоруснефть" | Method for obtaining acrylic reagent to restrict water influx to oil reservoir |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4374738A (en) * | 1980-06-09 | 1983-02-22 | Georgia-Pacific Corporation | Drilling fluid composition |
| RU2211852C1 (en) * | 2002-05-20 | 2003-09-10 | Государственное научно-производственное предприятие "Азимут" | Method for preparing reagent for mud treatment |
| RU2236430C1 (en) * | 2003-02-13 | 2004-09-20 | Дочернее общество с ограниченной ответственностью "Буровая компания открытого акционерного общества "ГАЗПРОМ" | Complex reagent stabilizing polymeric and low-clay drilling muds and a method of preparation thereof |
| WO2011028091A1 (en) * | 2009-09-07 | 2011-03-10 | Universiti Sains Malaysia | A method for preparing a gelling and viscosifying agent for drilling mud and the product thereof |
| RU2517558C2 (en) * | 2012-04-18 | 2014-05-27 | Республиканское Унитарное Предприятие "Производственное Объединение "Белоруснефть" | Method for obtaining acrylic reagent to restrict water influx to oil reservoir |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS6071665A (en) | Synthetic resin composition with improved impact strength, improvement of impact resistance and graft copolymer therefor | |
| US6111024A (en) | Process for producing moulding compounds modified with acrylic rubber and moulding compounds thus obtainable | |
| KR100878787B1 (en) | Process for manufacturing impact resistant monovinylaromatic polymers | |
| DE102004035515A1 (en) | Thermostable, water-soluble, high-temperature crosslinkable polymer | |
| RU2789679C1 (en) | Method for preparing acrylic lignosulfonate reagent for drilling fluid treatment | |
| US3992485A (en) | Process for preparation of weather resistant and impact resistant resins | |
| US4200593A (en) | Process for the preparation of copolymers containing low monomer content | |
| US20210253770A1 (en) | High melt index thermoplastic elastomer and preparation method therefor | |
| CA1248293A (en) | Polyvinyl chloride suspension polymerization process and product | |
| CN114805663A (en) | Flow pattern regulator for water-based drilling fluid and preparation method thereof | |
| JPH039901A (en) | Thickening or stabilization of aqueous medium containing high molecular amphoteric polysaccharide and its thickening or stabilizing composition | |
| RU2211852C1 (en) | Method for preparing reagent for mud treatment | |
| PL87810B3 (en) | ||
| SU491236A3 (en) | The method of obtaining graft copolymers | |
| KR20200111466A (en) | Method for preparing graft copolymer | |
| CN1073577C (en) | Process for preparing acrylonitrile, phenylethylene and polyacrylate graft copolymer | |
| CN112812222B (en) | Preparation method of AS resin modifier and obtained product | |
| US3619226A (en) | Fluid, noncrystalline chloroprene copolymers | |
| JPH07179716A (en) | Thermoplastic mixture | |
| CN105440206B (en) | A kind of polymer with surface active function and preparation method thereof | |
| DE2263193A1 (en) | PROCESS FOR THE PRODUCTION OF METHACRYLATE COPOLYMERISATES WITH WEATHER AND IMPACT RESISTANCE | |
| JP3618347B2 (en) | Acrylic rubber manufacturing method | |
| CN1066461C (en) | Rubber moulding material production process | |
| JPH0312405A (en) | Production of oxidative halogenated olefin polymer | |
| JPS6257643B2 (en) |