CN101942060A - 一种钻井液用环保型包被剂的制备方法 - Google Patents

一种钻井液用环保型包被剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钻井液用环保型包被剂的制备方法，首先分别在95-92mL水中加入5-8g氧化型引发剂A和5-8g还原型引发剂B，来制备浓度为5％-8％的氧化型引发剂A溶液与浓度为5％-8％的还原型引发剂B溶液；然后在烧杯中加入10-40mL水，向水中加入8.0-13.5g非离子单体，搅拌并充分溶解；然后加入1.0-5.0g生物聚合物单体，继续搅拌，让其充分溶解；再加入4.0-10.0g阴离子单体，继续充分搅拌；加入2.0-7.5g pH值调节剂，充分搅拌；之后分别加入0.5-3.0mL氧化型和还原型引发剂，充分搅拌；最后继续搅拌，5分钟后开始发热聚合，在40-50℃条件下，反应2-4h，得最终产品。从而得到一种适用性强，抗温抗盐性能优良，环保性能良好的包被剂。

Description

一种钻井液用环保型包被剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种钻井液用环保型包被剂的制备方法，应用于石油工业的油气田钻井技术领域。
背景技术
包被剂是钻井液体系中使用的一种重要添加剂，能有效地包被钻屑，防止钻屑和泥页岩水化，防止井壁垮塌，有利于井壁稳定，提高钻井速度，同时还有兼有降失水、改善流型及增加润滑性等功能。
目前，国内外研制和使用了聚丙烯酸类聚合物包被剂PAC141、两性离子聚合物包被剂FA367及聚丙烯酰胺钾类包被剂K-PAM等，这些包被剂在各自适用的钻井液体系中表现出了较好的性能，改善了钻井液体系的流变性，但在现场使用过程中，也表现出了一些不足：(1)只适用于某种特定的钻井液体系，如PAC141主要应用于聚合物钻井液体系，对盐水或饱和盐水钻井液体系却不适用；(2)抗温性不够理想，PAC141等几种包被剂抗温最高只能达到150℃，对于深井及超深井，其井下温度有时达到180℃，包被作用降低，甚至失效；(3)抗盐性不够理想，PAC141等几种包被剂在10％NaCl及以上浓度溶液中时，会产生絮体，降低或失去包被作用；(4)环保型指标，如重金属含量，不满足相应国家标准要求。同时，由于包被剂主要采用合成工艺，聚合物分子量高，可生物降解性低。
本发明针是针对现用包被剂所存在的问题而研制开发一种环保型包被剂，它能解决包被剂对不同钻井液的适用性、抗温抗盐性及环保性等问题，在满足钻井工程对包被剂性能的同时，也满足国家相关环保标准要求，从而降低钻井作业结束后废弃钻井液处理的难度与成本。
发明内容
本发明提供一种(1)适用性强，可适用于不同的钻井液体系，如聚合物钻井液，聚磺钻井液，有机盐钻井液，饱和盐水钻井液，海水钻井液等钻井液体系；(2)抗温抗盐性能优良，合成的环保型包被剂抗温性可达170℃，抗盐性可达饱和(36％NaCl)，可满足深井、超深井及海上钻井的对钻井液添加剂的要求；(3)良好的环保性能，重金属满足GB4284-84《农用污泥中污染物控制标准》限值要求；可生物降解，BOD5/COD≥0.15；急性生物毒性EC50≥30000mg/L的包被剂的制备方法。
本发明采用如下技术方案，包括以下步骤：
(1)配制引发剂(氧化型和还原型)溶液：分别在95-92mL水中加入5-8g氧化型引发剂A和5-8g还原型引发剂B，搅拌，待引发剂完全溶解后，即得到浓度为5％-8％(wt)的氧化型引发剂A溶液与浓度为5％-8％(wt)的还原型引发剂B溶液。
(2)在烧杯中加入10-40mL水，向水中加入8.0-13.5g非离子单体，搅拌并充分溶解；
(3)加入1.0-5.0g生物聚合物单体，继续搅拌，让其充分溶解；
(4)加入4.0-10.0g阴离子单体，继续充分搅拌；
(5)加入2.0-7.5g pH值调节剂，充分搅拌；
(6)加入引发剂：先加入0.5-3.0mL氧化型引发剂A溶液，充分搅拌后，再加入0.5-3.0mL还原型引发剂B溶液，充分搅拌；
(7)继续搅拌，5分钟后开始发热聚合，在40-50℃条件下，反应2-4h，得最终产品。
上述方案中：
氧化型引发剂为叔丁基过氧化氢、过氧化酰基、过硫酸铵、过硫酸钾中的一种；
还原型引发剂为叔胺、环烷酸盐、硫醇、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种；
非离子单体为醋酸乙烯酯、甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺中的一种或两种；
生物聚合物单体为阳离子改性淀粉、玉米淀粉、氧化淀粉、羧甲基淀粉中的一种或两种；
阴离子单体为衣康酸、苯乙烯磺酸盐、丙烯酸钠、甲基丙烯酸钠中的一种或两种；
pH值调节剂为氢氧化钙、氢氧化钠、氨水、氢氧化钾中的一种。
本发明在流变性能、抗盐抗温性能、重金属、可生物降解性、急性生物毒性等方面的评价效果如下：
1、流变性能评价
(1)基浆的配制
按水∶无水碳酸钠∶膨润土＝1000∶3∶40(重量比)，边搅拌边先后加入无水碳酸钠和膨润土于自来水中，继续搅拌8h以上，然后封闭静置16h，备用。
(2)流变性能评价
取几份配制好的基浆，每份400mL，边搅拌边分别加入0.6％(wt)的实施例产品及对比评价的包被剂，待包被剂样品充分溶解后，按GB/T16783.1-2006的规定在六速旋转粘度计上测定样品溶液的φ600、φ300、φ200、φ100、φ6、φ3的粘度、动切力及10s、10min的静切力。
计算：
PV＝φ600-φ300  ...............................................(1)
YP＝0.51×(φ300-PV) ...........................................(2)
G10S(或G10min)＝φ3/2 ..........................................(3)
式中：PV——塑性粘度，mPa.s；
YP——动切力，Pa；
φ600、φ300、φ3——600r/min，300r/min，3r/min时的稳定读值，mPa.s；
G10S、G10min——10s或10min的静切力，Pa
φ3——静止10s或10min时的3r/min最大读值，mPa.s；
2、抗盐抗温性能评价
量取360mL蒸馏水，加入40g氯化钠，充分溶解均匀，即成10％NaCl盐水溶液置于高搅杯中。向高搅杯中先加入1.0g碳酸钠，在转速为10000r/min的条件下，加入1.0g实施例样品，高搅(转速10000r/min)20min后，于室温下密闭水化4h，再高搅5min，放入滚子炉中，在170℃下，恒温滚动16小时后，取出冷却至室温，再高搅5min后，按GB/T16783.1-2006的规定在六速旋转粘度计上测定样品溶液的φ600、φ300、φ200、φ100、φ6、φ3的粘度、动切力及10s、10min的静切力。
3、重金属评价
依照GB 5084.3-1996《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》，对钻井液添加剂盐酸或硝酸酸溶预处理后，制备得到的溶解液按相应重金属元素测定方法，采用原子荧光仪、等离子质谱仪等进行测定。
4、可生物降解性评价
以BOD5(生物耗氧量)/COD(化学耗氧量)作为评价指标，先分别测定实施例产品的BOD5和COD，然后计算二者的比值。
5、急性生物毒性评价
在98ml蒸馏水(一级)中加入2.0g实施例产品，配制得到2％水溶液，然后按照GB/T15441-1995《水质急性毒性的测定发光细菌法》测定实施例产品溶液的急性生物毒性EC50值。
具体实施方式：
实施例1：
(1)配制引发剂(氧化型和还原型)溶液：分别在95mL水中加入5g叔丁基过氧化氢和5g亚硫酸钠，搅拌，待引发剂完全溶解后，即得到浓度为5％(wt)的叔丁基过氧化氢溶液与浓度为5％(wt)的亚硫酸钠溶液。
(2)在烧杯中加入10mL水，向水中加入8.0g醋酸乙烯酯，搅拌并充分溶解；
(3)加入1.0g阳离子改性淀粉，继续搅拌，让其充分溶解；
(4)加入4.0g苯乙烯磺酸盐，继续充分搅拌；
(5)加入2.0g pH值调节剂氢氧化钠，充分搅拌；
(6)加入引发剂：先加入3.0mL叔丁基过氧化氢溶液，充分搅拌后，再加入3.0mL亚硫酸钠溶液，充分搅拌；
(7)继续搅拌，5分钟后开始发热聚合，在40-50℃条件下，反应2-4h，得最终产品。
实施例2：
(1)配制引发剂(氧化型和还原型)溶液：分别在93.5mL水中加入6.5g过硫酸铵和6.5g亚硫酸钠，搅拌，待引发剂完全溶解后，即得到浓度为6.5％(wt)的过硫酸铵溶液与浓度为6.5％(wt)的亚硫酸钠溶液。
(2)在烧杯中加入25mL水，向水中加入11.0g甲基丙烯酰胺，搅拌并充分溶解；
(3)加入3.0g氧化淀粉，继续搅拌，让其充分溶解；
(4)加入7.0g丙烯酸钠，继续充分搅拌；
(5)加入5.0g pH值调节剂氨水，充分搅拌；
(6)加入引发剂：先加入2.0mL过硫酸铵溶液，充分搅拌后，再加入2.0mL亚硫酸钠溶液，充分搅拌；
(7)继续搅拌，5分钟后开始发热聚合在40-50℃条件下，反应2-4h，得最终产品。
实施例3：
(1)配制引发剂(氧化型和还原型)溶液：分别在92.0mL水中加入8.0g过硫酸钾和8.0g亚硫酸氢钠，搅拌，待引发剂完全溶解后，即得到浓度为8.0％(wt)的过硫酸铵溶液与浓度为8.0％(wt)的亚硫酸钠溶液。
(2)在烧杯中加入40mL水，向水中加入13.5g丙烯酰胺，搅拌并充分溶解；
(3)加入5.0g玉米淀粉，继续搅拌，让其充分溶解；
(4)加入10.0g甲基丙烯酸钠，继续充分搅拌；
(5)加入7.5g pH值调节剂氢氧化钙，充分搅拌；
(6)加入引发剂：先加入0.5mL过硫酸钾溶液，充分搅拌后，再加入0.5mL亚硫酸氢钠溶液，充分搅拌；
(7)继续搅拌，5分钟后开始发热聚合，在40-50℃条件下，反应2-4h，得最终产品。
表1包被剂流变性能对比评价(室温)
Figure BSA00000205388600051
表2包被剂抗盐抗温性能对比评价(170℃，16h，10％NaCl)
Figure BSA00000205388600052
表3包被剂重金属含量对比评价(单位：mg/kg)
Figure BSA00000205388600061
表4包被剂急性生物毒性对比评价
  处理剂   测试浓度(％)   EC50(mg/L)   毒性达标
  实施例1   0.6   103,120   无毒
  实施例2   0.6   110,200   无毒
  实施例3   0.6   109,800   无毒
  K-PAM   0.6   24,080   微毒
  PAC-141   0.6   20,120   微毒
表5包被剂可生物降解性对比评价
Figure BSA00000205388600062

Claims (6)

1.一种钻井液用环保型包被剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)配制氧化型和还原型引发剂溶液：分别在95-92mL水中加入5-8g氧化型引发剂A和5-8g还原型引发剂B，搅拌，待引发剂完全溶解后，即得到浓度为5％-8％(wt)的氧化型引发剂A溶液与浓度为5％-8％(wt)的还原型引发剂B溶液；
(2)在烧杯中加入10-40mL水，向水中加入8.0-13.5g非离子单体，搅拌并充分溶解；
(3)加入1.0-5.0g生物聚合物单体，继续搅拌，让其充分溶解；
(4)加入4.0-10.0g阴离子单体，继续充分搅拌；
(5)加入2.0-7.5g pH值调节剂，充分搅拌；
(6)加入引发剂：先加入0.5-3.0mL氧化型引发剂A溶液，充分搅拌后，再加入0.5-3.0mL还原型引发剂B溶液，充分搅拌；
(7)继续搅拌，5分钟后开始发热聚合，在40-50℃条件下，反应2-4h，得最终产品。
2.根据权利要求1所述的一种钻井液用环保型包被剂的制备方法，其特征在于：氧化型引发剂为叔丁基过氧化氢、过氧化酰基、过硫酸铵、过硫酸钾中的一种；还原型引发剂为叔胺、环烷酸盐、硫醇、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种钻井液用环保型包被剂的制备方法，其特征在于：非离子单体为醋酸乙烯酯、甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种钻井液用环保型包被剂的制备方法，其特征在于：生物聚合物单体为阳离子改性淀粉、玉米淀粉、氧化淀粉、羧甲基淀粉中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的一种钻井液用环保型包被剂的制备方法，其特征在于：阴离子单体为衣康酸、苯乙烯磺酸盐、丙烯酸钠、甲基丙烯酸钠中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的一种钻井液用环保型包被剂的制备方法，其特征在于：pH值调节剂为氢氧化钙、氢氧化钠、氨水、氢氧化钾中的一种。
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