CN103788263A - 利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法。该方法所用原料组成为：废旧聚苯乙烯泡沫20～35%，溶剂50～70%，磺化剂5～25%；将废旧聚苯乙烯泡沫粉碎溶于溶剂中，用SO3或浓硫酸磺化剂对废旧聚苯乙烯泡沫进行磺化、中和、蒸除溶剂，干燥后制得。本发明制得的产品抗温抗盐性降滤失性能优于目前广泛使用的磺化酚醛树脂，同时是一种消除白色污染的有益方法。
Description
技术领域
本发明涉及利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，属于钻井液添加剂制备的技术领域。
背景技术
降滤失剂是用以保证钻井液性能稳定，减少有害液体向地层滤失，以及稳定井壁、保证井径规则的重要钻井液处理剂。降滤失剂的种类繁多，主要有天然产物（如纤维素类、木质素类、淀粉类、褐煤类）和人工合成高分子类（如酚醛树脂类，水解聚丙烯腈类以及多元共聚物类）。天然产物类虽然来源广泛、成本低，但通常需要通过改性达到使用要求，并且多数产品具有耐温性欠缺，易霉变的缺点。人工合成高分子类产品可以根据具体钻探要求，通过改变分子基团种类、分子结构和分子量来设计产品，但通常成本高，加工工艺较复杂，在一定程度上制约了其应用范围。废旧高分子聚合物的改性既可以保持高分子聚合物类降滤失剂的抗温抗盐特点，又可以克服成本高，加工工艺复杂的缺点，因而在钻井行业的应用具有巨大潜力。聚丙烯腈水解改性产物是应用最成功的例子之一，其铵盐和钠盐改性产物目前还在油田钻探过程中广泛使用，由于其分子结构特点抗温性能有所欠缺，一般在180℃以下使用，不适于深井作业。
聚苯乙烯泡沫由于使用方便、价格低廉，被广泛的由于包装和保温材料，但其废弃物在自然环境下难以降解，是造成白色污染的主要“元凶”之一。有效利用废旧聚苯乙烯泡沫，减少“白色污染”成为亟待解决的问题。
目前，利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温、抗盐性能优异的降滤失剂，未见报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法。
本发明的技术方案如下：
一种利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，所用原料质量百分比组成为：
废旧聚苯乙烯泡沫20～35%，溶剂50～70%，磺化剂5～25%；所述的溶剂为甲乙酮或甲乙酮水溶液，所述的磺化剂为三氧化硫（SO3）或90～98wt%的浓硫酸；
制备步骤如下：
（1）将废旧聚苯乙烯泡沫粉碎成5～10mm的颗粒；
（2）按比例取溶剂、磺化剂加到步骤（1）的废旧聚苯乙烯泡沫中，加热升温至40～120℃进行反应1～3h，降温至室温，得废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料；
（3）将步骤（2）得到的废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料，调节pH为8～10；
（4）将步骤（3）调节pH后的废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料在70～90℃，真空度为-0.4～-0.6kPa下蒸除溶剂，于95～110℃干燥，粉碎至40～60目，即得产品。
根据本发明，优选的，所述的步骤（2）中溶剂的质量百分含量为55～65%，更优选60%。
根据本发明，优选的，步骤（2）所述的甲乙酮水溶液中甲乙酮和水的质量比为40:0.5～5；进一步优选所述的甲乙酮水溶液中甲乙酮和水的质量比为40：0.5～1.5，更优选40：1。
根据本发明，优选的，所述的步骤（2）中，当磺化剂为三氧化硫时，磺化剂的质量百分含量为5～15%，更优选10%；当磺化剂为90～98wt%的浓硫酸时，磺化剂的质量百分含量为15～20%，更优选17%。
根据本发明，优选的，所述的步骤（2）中，当磺化剂为三氧化硫时，反应温度为40～60℃；当磺化剂为90～98wt%的浓硫酸时，反应温度为90～100℃。
根据本发明，优选的，所述的步骤（3）中所述调节pH值是NaOH水溶液，进一步优选用浓度为20wt%的NaOH水溶液。
根据本发明，优选的，所述的步骤（4）中蒸除溶剂的蒸馏时间1～2h。
根据本发明，优选的，所述的步骤（4）中蒸除溶剂的蒸馏温度为85℃，真空度为-0.5kPa。
根据本发明，优选的，所述的步骤（4）中干燥温度为105℃，干燥时间8～10h。
聚苯乙烯泡沫是由苯乙烯聚合而成，每个结构单元中都含有一个苯环，是一种难溶于水的高聚物，但结构单元中的苯环具有相当的化学活性，通过一定的化学改性能够改变其在水中的溶解程度。磺酸基的水化能力非常强，通过对聚苯乙烯中易于磺化的苯环进行磺化处理，能够大幅度提高聚苯乙烯在水中的溶解度，同时磺酸基多处于苯环的对位，在水溶液中易于高分子化合物的伸展，在泥浆体系中能够形成空间网格结构，有效起到降滤失的作用，另外，聚苯乙烯是以碳链相接，侧基为苯环，分子刚性大，使得其改性产物在泥浆体系中具有优异的抗温性能。
本发明制备的降滤失剂可在盐水泥浆中使用，抗温抗盐性能优良。
本发明的有益效果：
1、本发明利用聚苯乙烯泡沫进行改性制备钻井液用的降滤失剂，一方面制备的降滤失剂抗温、抗盐性能优异；另一方面也是消除“白色污染”，变废为宝的有益方法。
2、本发明制备过程主要包括反应、中和、蒸馏、干燥和粉碎；工艺步骤相比人工合成高分子聚合物要简单和易于操作，而且环保。
3、本发明充分利用了废旧聚苯乙烯泡沫作为原料，生产成本低廉。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例中的废旧聚苯乙烯泡沫(聚苯乙烯质量含量≥95％)为市购，所用的其他试剂也均为常规市购产品。
实验例中的API滤失量和HTHP滤失量的测定均按照现有技术进行，具体方法如下：
基浆配置：在24±3℃下向盛有350mL蒸馏水的高速搅拌杯中加入0.56g无水碳酸钠、14g评价土和14g钻井液试验用钠土，用高速搅拌器搅拌20min。期间中断两次，刮下容器壁上的粘附物，在24±3℃密闭养护24h，即配制成基浆。
评价方法：向盛有基浆的高速搅拌杯中加入磺化褐煤17.5g，高速搅拌15min。加入试样17.5g，高速搅拌15min，加入氯化钠52.5g，高速搅拌15min，最后加入无水碳酸钠8.75g，高速搅拌15min。每加入一种药品在高速搅拌过程中应中断两次，刮下粘附在容器壁上的粘附物，以上每种药品均应在搅拌过程中于l min之内匀速加完。将配制的试验浆装入老化罐，放入滚子炉中于210℃±5℃恒温滚动老化16h。取出冷却至室温，倒出试验浆高速搅拌5min，按GB/T16783—1997测试API滤失量，以及在温度150℃、压力3.45MPa条件下的高温高压（HTHP）滤失量。
实施例1
一种利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，步骤如下：
（1）将50g粉碎至5mm的废旧聚苯乙烯泡沫加入到反应瓶中；
（2）将150ml甲乙酮液体倒入上述反应瓶内，搅拌溶解后，升温至40℃；通入SO3气体（40ml/min）120min，之后停止通气，降至室温，得废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料；
（3）用20wt%的NaOH溶液调节步骤（2）得到的废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=9；
（4）将步骤（3）中的溶液移入减压蒸馏装置，在85℃，真空度为-0.5kPa下蒸馏1h；得到的蒸除溶剂的产物于105℃烘干10h，粉碎至40目，即得产物。
实施例2
一种利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，步骤如下：
（1）将50g粉碎至5mm的聚苯乙烯泡沫废料加入到反应瓶中；
（2）将150ml甲乙酮水溶液（甲乙酮：水质量比为40：1）倒入上述反应瓶内，搅拌溶解后，升温至40℃；向上述溶液中通入SO3气体（40ml/min）120min，之后停止通气，降至室温，得废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料；
（3）用20wt%的NaOH溶液调节步骤（2）得到的废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=8；
（4）将步骤（3）中的溶液移入减压蒸馏装置，在85℃，真空度为-0.5kPa下蒸馏1h；得到的蒸除溶剂的产物于105℃烘干10h，粉碎至60目，即得产物。
实施例3
一种利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，步骤同实施例1，不同的是步骤（2）中通入SO3气体时间为80min；步骤（3）中调节步骤（2）得到的废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=8。
实施例4
一种利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，步骤同实施例1，不同的是步骤（2）中通入SO3气体时间为160min。
实施例5
一种利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，步骤如下：
（1）将50g粉碎至10mm的聚苯乙烯泡沫废料加入到耐压反应瓶中；
（2）将150ml甲乙酮液体倒入上述反应瓶内，搅拌溶解；滴入98wt%浓硫酸25g，升温至90℃，反应1.5小时，降至室温，得废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料；
（3）用20wt%的NaOH溶液调节步骤（2）得到的废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=9；
（4）将步骤（3）中的溶液移入减压蒸馏装置，在85℃，真空度为-0.5kPa下蒸馏1h；得到的蒸除溶剂的产物于105℃烘干10h，粉碎至50目，即得产物。
实施例6
一种利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，步骤同实施例5，不同的是步骤（2）反应温度为100℃步骤；步骤（3）中用20wt%的NaOH溶液调节步骤（2）得到的废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=8.5。
实施例7
一种利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，步骤同实施例5，不同的是步骤（2）反应温度为120℃步骤；步骤（3）中用20wt%的NaOH溶液调节步骤（2）得到的废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=8。
实施例8
一种利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，步骤如下：
（1）将50g粉碎至5mm的聚苯乙烯泡沫废料加入到耐压反应瓶中；
（2）将150ml甲乙酮液体倒入上述反应瓶内，搅拌溶解后；滴入98wt%浓硫酸35g，升温至90℃，反应1.5小时，降至室温，得废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料；
（3）用20wt%的NaOH溶液调节步骤（2）得到的废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=9；
（4）将步骤（3）中的溶液移入减压蒸馏装置，在85℃，真空度为-0.5kPa下蒸馏1h；得到的蒸除溶剂的产物于105℃烘干10h，粉碎至40目，即得产物。
实施例9
一种利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，步骤同实施例8，不同的是步骤（2）反应温度为100℃；步骤（3）中用20wt%的NaOH溶液调节步骤（2）得到的废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=8.5。
实施例10
一种利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，步骤同实施例8，不同的是步骤（2）反应温度为120℃；步骤（3）中用20wt%的NaOH溶液调节步骤（2）得到的废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=8。
对比例
选用工业上普遍使用的人工合成高分子抗温抗盐降滤失剂磺化酚醛树脂，进行对比，购自胜利油田海胜钻井泥浆制剂有限责任公司。
实验例滤失性能评价
将实施例1～10、对比例制备的利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂进行滤失性能评价，结果如表1所示。
表1
注：API滤失量：210℃老化后，在0.7MPa下滤失量；HTHP：210℃老化后，高温高压滤失量
由表1可知，本发明制备的降滤失剂在210℃老化后，其盐水中压API滤失量和HTHP滤失量普遍小于市售磺化酚醛树脂的相应值，表现出优异的抗盐抗温性能，并且实现了废旧聚苯乙烯泡沫的废物利用，减少“白色污染”，利于环保。
Claims (9)
1.一种利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，所用原料质量百分比组成为：
废旧聚苯乙烯泡沫20～35%，溶剂50～70%，磺化剂5～25%；所述的溶剂为甲乙酮或甲乙酮水溶液，所述的磺化剂为三氧化硫（SO3）或90～98wt%的浓硫酸；
制备步骤如下：
（1）将废旧聚苯乙烯泡沫粉碎成5～10mm的颗粒；
（2）按比例取溶剂、磺化剂加到步骤（1）的废旧聚苯乙烯泡沫中，加热升温至40～120℃进行反应1～3h，降温至室温，得废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料；
（3）将步骤（2）得到的废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料，调节pH为8～10；
（4）将步骤（3）调节pH后的废旧聚苯乙烯泡沫改性混合料在70～90℃，真空度为-0.4～-0.6kPa下蒸除溶剂，于95～110℃干燥，粉碎至40～60目，即得产品。
2.根据权利要求1所述的利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，其特征在于，所述的步骤（2）中溶剂的质量百分含量为55～65%。
3.根据权利要求1所述的利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，其特征在于，步骤（2）所述的甲乙酮水溶液中甲乙酮和水的质量比为40:0.5～5。
4.根据权利要求1所述的利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，其特征在于，所述的步骤（2）中，当磺化剂为三氧化硫时，磺化剂的质量百分含量为5～15%；当磺化剂为90～98wt%的浓硫酸时，磺化剂的质量百分含量为15～20%。
5.根据权利要求1所述的利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，其特征在于，所述的步骤（2）中，当磺化剂为三氧化硫时，反应温度为40～60℃；当磺化剂为90～98wt%的浓硫酸时，反应温度为90～100℃。
6.根据权利要求1所述的利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，其特征在于，所述的步骤（3）中所述调节pH值是NaOH水溶液，进一步优选用浓度为20wt%的NaOH水溶液。
7.根据权利要求1所述的利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，其特征在于，所述的步骤（4）中蒸除溶剂的蒸馏时间1～2h。
8.根据权利要求1所述的利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，其特征在于，所述的步骤（4）中蒸除溶剂的蒸馏温度为85℃，真空度为-0.5kPa。
9.根据权利要求1所述的利用废旧聚苯乙烯泡沫制备抗温抗盐降滤失剂的方法，其特征在于，所述的步骤（4）中干燥温度为105℃，干燥时间8～10h。
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