RU2789868C2

RU2789868C2 - Способ получения реагента для глинистых буровых растворов

Info

Publication number: RU2789868C2
Application number: RU2021103417A
Authority: RU
Inventors: Ирина Николаевна Куляшова; Регина Алсыновна Федина; Альбина Дарисовна Бадикова; Самат Рифович Сахибгареев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ЛИГМАД"
Filing date: 2021-02-12
Publication date: 2023-02-14

Abstract

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к реагентам для химической обработки глинистых буровых растворов. Технический результат - эффективное снижение показателей условной вязкости в условиях температурной агрессии. Способ получения реагента для глинистых буровых растворов включает модифицирование 50%-ного водного раствора лигносульфоната натрия с последующим высушиванием. Причем модифицирование проводят в две стадии: на первой стадии сульфированным компонентом при температуре 60°С в течение 1 ч, на второй - 50%-ным водным раствором полифосфата аммония при температуре 50°С в течение 1 ч, а исходные компоненты используют при следующем соотношении, мас.%: 50%-ный водный раствор лигносульфоната натрия 95; сульфированный компонент 3; 50%-ный водный раствор полифосфата аммония 2. Используемый сульфированный компонент получают путем сульфирования при температуре 80°С в течение 1,5 ч смеси тяжелых нефтяных остатков нефтепереработки с суммарным содержанием ароматических углеводородов не ниже 50 мас.% отработанной серной кислотой процесса алкилирования изоалканов алкенами с концентрацией H₂SO₄ 70-72 мас.%, взятых в массовом соотношении указанная смесь тяжелых нефтяных остатков : указанная отработанная серная кислота 1:2. 2 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к реагентам для химической обработки буровых глинистых растворов в различных горно-геологических условиях.

Известны способы получения лигносульфонатных реагентов - понизителей вязкости и регуляторов структурно-механических свойств буровых глинистых растворов с использованием реакций окисления, замещения и комплексообразования.

Известен способ приготовления лигносульфонатного реагента для обработки буровых растворов, основанный на взаимодействии лигносульфоната с бихроматом щелочного металла при 80-90°С в водной среде [SU 1491878, кл. С09К 8/20, 1986].

Недостатком способа является опасность гелеобразования при повышенной температуре и содержание токсичного хрома в готовом реагенте.

Известен способ получения модифицированного феррохромлигносуль-фонатного реагента [Патент РФ № 2606005, кл. С09К8/035, опубл. 10.01.2017. Бюл. № 1] путем обработки лигносульфонатов двухвалентным сернокислым железом, бихроматом натрия и дополнительным введением комплексона трифосфата натрия.

Основной недостаток известного технического решения заключается в ограниченности температурного предела применения реагента до 190°С и содержании токсичного хрома в составе, что значительно увеличивает экологические риски при его применении.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения бурового реагента для глинистых буровых растворов [Патент РФ № 2708428 С1, кл. С09К 8/035, опубл. 06.12.2019. Бюл. № 34], включающий модифицирование водного раствора лигносульфоната натрия сульфированным компонентом с последующим высушиванием, причем в качестве сульфированного компонента используют продукт, полученный путем сульфирования тяжелых нефтяных остатков (СНО) отработанной серной кислотой процесса алкилирования изобутана олефинами.

Основной недостаток известного технического решения заключается в невысокой разжижающей способности реагента и ограниченности применения бурового реагента в условиях высоких температур.

Задачей изобретения является получение реагента для глинистых буровых растворов, обладающего высокой разжижающей способностью и термостабильностью.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в заявляемом способе получения реагента за счет модифицирования 50%-ного водного раствора лигносульфоната натрия, с последующим высушиванием, проводят две стадии: на первой стадии сульфированным компонентом при температуре 60°С в течение 1 ч, на второй - 50%-ным водным раствором полифосфата аммония при температуре 50°С в течение 1 ч, а исходные компоненты используют при следующем соотношении, мас.%:

50%-ный водный раствор лигносульфоната натрия	95
сульфированный компонент	3
50%-ный водный раствор полифосфата аммония	2,

причем сульфированный компонент получают путем сульфирования при температуре 80°С в течение 1,5 ч смеси тяжелых нефтяных остатков нефтепереработки с суммарным содержанием ароматических углеводородов не ниже 50 мас.% отработанной серной кислотой процесса алкилирования изоалканов алкенами с концентрацией Н₂SO₄ 70-72 мас.%, взятых в массовом соотношении указанная смесь тяжелых нефтяных остатков : указанная отработанная серная кислота 1:2.

Предложенный способ обеспечивает получение реагента для глинистых буровых растворов, обладающего эффективным снижением показателей условной вязкости и устойчивостью к температурной (до 200°С) агрессии.

В качестве лигносульфонатов натрия используют лигносульфонаты технические жидкие сульфитного способа производства ОАО «Сяський ЦБК», СТО 08418-022-2010, [СТО 43508418-022-2010 «Лигносульфонаты технические жидкие»]; ОАО ПЦБК по ТУ 2455-101-24086615-2015, лигносульфонаты технические порошкообразные по ТУ 2455-055-58901825-2008, 2455-347-05133190-2014. Следующее сырье представляет собой смесь тяжелых нефтяных остатков (СНО), - нерастворимый продукт висбрекинга тяжелых нефтяных остатков нефтепереработки (мазут, гудрон и т.д. с температурой кипения 350°С и выше), содержащая в своем составе: парафино-нафтеновые соединения - 23,8 мас.%; ароматические соединения - 52,6 мас.%; смолы и асфальтены - 23,6 мас.%; а также отработанная серная кислота процесса сернокислотного алкилирования изоалканов алкенами (ОСК) и полифосфат аммония.

Анализ известных способов получения термостойких лигносульфонатных реагентов для бурения показывает, что способ модифицирования лигносульфоната натрия с последовательным введением сульфированной добавки и полифосфата аммония, неизвестен.

При таком способе модифицирования лигносульфоната натрия сульфированной добавкой на основе смеси тяжелых нефтяных остатков обуславливается повышение общего молекулярного веса активной основы и суммарное увеличение ионогенных групп (сульфоновых, карбоксилов, фенольных гидроксилов и др.). Ионогенные группы в составе реагента-понизителя вязкости взаимодействуют с атомами кристаллической решетки глины, тем самым связывая определенное количество воды из жидкой фазы, что способствует снижению условной вязкости глинистого раствора.

Для стабилизации и улучшения показателей лигносульфоната натрия модифицированного сульфированной добавкой вводят соединение, содержащее фосфоновые группы: полифосфат аммония. Полифосфат аммония - высокомолекулярное соединение, устойчивое в пределах воздействия высоких температур. Введение полифосфата аммония способствует усилению разжижающего эффекта и устойчивости к температурной агрессии до 200°С.

Совместное модифицирование лигносульфоната натрия сульфированной добавкой и полифосфатом аммония обуславливает стабилизирующей эффект глинистого раствора, эффективное снижение условной вязкости в условиях повышенной температуры (до 200°С) по сравнению с известными техническими решениями.

Пример осуществления способа получения реагента для глинистых буровых растворов.

Предварительно получают сульфированный компонент, для этого в смесь тяжелых нефтяных остатков (СНО) взятого в количество 1 мас.ед., вводят по каплям при постоянном перемешивании, сульфирующий агент - отработанную серную кислоту процесса алкилирования изоалканов алкенами концентрацией, взятую в количестве - 2 мас.ед. Процесс сульфирования ведут при температуре 80°С в течение 1,5 часов. Сульфированный компонент диспергируют в 50%-ный водный раствор лигносульфоната натрия, взятого в количестве 95 мас.%. Первую стадию модификации проводят в течение 1 часа при температуре 60°С. Во второй стадии модификации в реакционную массу для дополнительного модифицирования вводят полифосфат аммония в виде 50%-ного водного раствора в количестве - 2 мас.%. Процесс дополнительного модифицирования проводят в течение 1 часа при температуре 50°С.

Далее реакционную массу высушивают на распылительной сушилке с получением порошкообразного готового реагента.

В таблице 1 приведены примеры составов опытных реагентов, а в таблице 2 их влияние на свойства глинистого бурового раствора в условиях высоких температур.

По результатам таблицы 1 оптимальным режимом при проведении процесса модификации лигносульфоната натрия сульфированной добавкой и полифосфатом аммония является: смесь тяжелых нефтяных остатков (СНО) -1,0 мас.%, отработанная серная кислота процесса сернокислотного алкилирования изоалканов алкенами (ОСК) - 2,0 мас.%, полифосфат аммония-2,0 мас.%; температура процесса сульфирования - 80°С, продолжительность процесса - 1,5 часа; температура процесса диспергирования сульфированной добавки в массу лигносульфоната натрия - 60°С, продолжительность процесса-1,0 час; температура процесса дополнительной модификации полифосфатом аммония - 50°С, продолжительность процесса - 1,0 час.

Таким образом, показана принципиальная возможность получения реагента для буровых глинистых растворов на основе лигносульфоната натрия путем модифицирования сульфированной добавкой с применением дополнительной модификацией полифосфатом аммония.

Для определения термостабильности испытуемых реагентов в качестве исходного был использован глинистый раствор (ИГР), приготовленный из Серпуховского глинопорошка марки ПБМВ со следующими параметрами: УВ=64 с, η=16 мПа⋅с, τ₀=68 дПа, СНС_1/10=92/114 дПа (таблица 2).

На основании полученных результатов в таблице 2, установлено, что исходный лигносульфонат натрия при введении 0,5 мас.% навески в глинистый раствор способен снижать показатель условной вязкости с 64 до 42 с, однако воздействие высокой температуры (200°С) вызывает резкое снижение разжижающей способности и загустение глинистого раствора.

Модификация лигносульфоната натрия только сульфированным компонентом увеличивает эффективность снижения условной вязкости с 64 до 37 с при температуре 20°С, но не способствует устойчивости параметров с увеличением температуры до 200°С.

Для стабилизации и улучшения рассматриваемых показателей в состав лигносульфоната натрия, модифицированного сульфированным компонентом, вводится дополнительно полифосфат аммония.

Полифосфат аммония в глинистом растворе эффективно снижает условную вязкость в диапазоне температур от 20 до 200°С и при введение в модифицированный лигносульфонат натрия оказывает синергетический эффект положительных качественных параметров.

Таким образом полученный модифицированный лигносульфонатный реагент характеризуется устойчивостью к воздействию температур в диапазоне от 20 до 200°С и снижает показатель условной вязкости глинистого раствора с 64 до 25 с, в сравнении с прототипом, который снижает условную вязкость глинистого раствора с 64 с до 30 с при температуре 20°С, однако воздействие температуры 200°С приводит к коагуляции глинистого раствора.

Комплекс проведенных экспериментов показал, что опытный реагент, на основе лигносульфоната натрия, модифицированного сульфированным компонентом и полифосфатом аммония, является высокоэффективным реагентом для улучшения качества буровых промывочных жидкостей в условиях высоких температур от 20 до 200°C.

Примеры состава опытного реагента

Таблица 1
Условия проведения процесса							Характеристика реагента
№ п/п	Лигносульфонат, 50%-ный водный раствор, мас.%	СНО, мас.%	ОСК, мас.%	Полифосфат аммония мас.%	Т, °C	Время, ч	Растворимость, %	УВ*, с	ПР, %
1	-	1,0	1,0	-	40,0	1,0	51,0	52,0	18,8
2	-	1,0	1,0	-	60,0	1,0	64,0	50,5	21,1
3	-	1,0	1,0	-	80,0	1,0	72,0	49,0	23,4
4	-	1,0	1,0	-	100,0	1,0	56,0	51,0	20,3
5	-	1,0	1,0	-	80,0	1,5	79,0	48,0	25,0
6	-	1,0	1,0	-	80,0	2,0	67,0	50,0	21,8
7	-	1,0	1,0	-	80,0	2,5	65,0	50,3	21,4
8	-	1,0	1,5	-	80,0	1,5	82,0	46,0	28,1
9	-	1,0	2,0	-	80,0	1,5	93,0	43,0	32,8
10	-	1,0	2,5	-	80,0	1,5	86,0	45,0	29,7
11	97,0	1,0	2,0	-	60,0	1,0	98,0	37,0	42,2
12	97,0	1,0	2,0	-	60,0	2,0	97,8	37,0	42,2
13	97,0	1,0	2,0	-	60,0	3,0	97,9	37,3	41,7
14	97,0	1,0	2,0	-	80,0	1,0	97,7	37,5	41,4
15	96,5	1,0	2,0	0,5	50,0	1,0	98,0	32,0	50,0
16	96,0	1,0	2,0	1,0	50,0	1,0	98,1	29,5	53,9
17	95,0	1,0	2,0	2,0	50,0	1,0	98,5	25,0	60,9
18	94,0	1,0	2,0	3,0	50,0	1,0	98,2	27,0	57,8
19	95,0	1,0	2,0	2,0	80,0	1,0	98,0	26,5	58,6
20	95,0	1,0	2,0	2,0	50,0	2,0	98,1	27,0	57,8
Примечания: 1. Навеска реагентов - 0,5% от объема глинистого раствора 2. УВ-условная вязкость, с; ПР-показатель разжижения, %; 3. Параметры исходного глинистого раствора: УВ=64 с.

Состав	Показатели свойств раствора
	р, г/м³	УВ, с	η _пл, мПас	τ₀, дПа	СНС, д Па
	р, г/м³	УВ, с	η _пл, мПас	τ₀, дПа	1 мин	10 мин
Т = 20°С
1 Исходный глинистый раствор	1080	64	16	68	92	114
№ 1 + 0,5% лигносульфонат натрия	1080	42	12	58	78	128
№ 1 + 0,5% реагента, модифицированного первой стадией	1080	37	10	47	59	103
№1 + 0,5% реагента, модифицированного двумя стадиями	1080	25	10	32	20	32
№ 1 + 0,5% наиболее близкий аналог	1080	30	11	47	59	103
Термостатирование при Т = 200°С, 3 часа
№ 1 + 0,5% лигносульфонат натрия	1100	не течет	-	-	-	-
№ 1 + 0,5% реагента, модифицированного первой стадией	1080	76	27	63	106	133
№ 1 + 0,5% реагента, модифицированного двумя стадиями	1080	30	10	40	57	78
№ 1 + 0,5% наиболее близкий аналог	1100	не течет	-	-	-	-

Влияние состава реагента на термостойкость глинистого бурового раствора

Таблица 2

Claims

Способ получения реагента для глинистых буровых растворов, включающий модифицирование 50%-ного водного раствора лигносульфоната натрия с последующим высушиванием, отличающийся тем, что модифицирование проводят в две стадии: на первой стадии сульфированным компонентом при температуре 60°С в течение 1 ч, на второй - 50%-ным водным раствором полифосфата аммония при температуре 50°С в течение 1 ч, а исходные компоненты используют при следующем соотношении, мас.%:
50%-ный водный раствор лигносульфоната натрия 95 сульфированный компонент 3 50%-ный водный раствор полифосфата аммония 2,
причем сульфированный компонент получают путем сульфирования при температуре 80°С в течение 1,5 ч смеси тяжелых нефтяных остатков нефтепереработки с суммарным содержанием ароматических углеводородов не ниже 50 мас.% отработанной серной кислотой процесса алкилирования изоалканов алкенами с концентрацией H₂SO₄70-72 мас.%, взятых в массовом соотношении указанная смесь тяжелых нефтяных остатков : указанная отработанная серная кислота 1:2.