CN1050200A - 一种钻井泥浆稀释剂的合成方法 - Google Patents

一种钻井泥浆稀释剂的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种用作钻井泥浆稀释剂的合成方 法。本方法是以木质素磺酸盐为主要原料，以丙烯酸 和丙烯酰胺为单体，在引发剂的作用下，控制适当 pH值和温度，进行接枝聚合反应。使得在木质素上 同时引入羧基和酰胺基，加强了吸附作用，从而改善 稀释剂的性能。再用硫酸亚铁进行配合反应，使之形 成稳定的螯合物，最后经过滤干燥得产品。本法所得 产品无毒，有好的降粘、降切、抗盐、抗钙以及抗高温 等性能，生产成本较低，能满足钻井泥浆的需要。

Description

本发明涉及一种钻井泥浆稀释剂的合成方法，特别是一种用于油气井钻井用的无毒、耐高温泥浆稀释剂的合成方法，属于高分子化工领域。
目前，我国钻井泥浆稀释剂的种类较多，它们用于调节泥浆的性能，在一般情况下，基本上能满足钻井的要求。但这些稀释剂绝大多数含有重金属铬，由于钻井中要排放大量废泥浆以及使用这些稀释剂，势必造成对地下水和对周围环境的污染，给人类带来危害。在我国某些油田，国家环保部门已逐步限制使用这些有毒的稀释剂（其中我国大量使用的为铁铬盐，简称FClS）。这将对我国石油工业的发展带来一定的影响，因而研制能取代铁铬盐且无毒的新型钻井泥浆稀释剂早已引起人们的关注。国内早就投入了大量人力、物力致力于这方面的研究，本发明就是在这种基础上产生的。
国外这方面的研究较广泛，从国外的相关材料来看，在U.S.P4322301中公开了一种钻井泥浆稀释剂。它是用亚硫酸纸浆废液（主要成分为木质素磺酸盐）为原料，用过氧化物作引发剂，用丙烯酸或丙烯酸和丙烯腈作单体进行接枝聚合，再与一定金属配合所得的产品。它的不足之处是：（1）丙烯酸用量为10～25%，由于单体用量多，货源较缺乏且价格贵、造成产品成本高。（2）产品抗污染能力差，仅适宜于淡水泥浆体系。（3）产品的稀释性能 （降粘、降切）比铁铬盐差。为解决产品的抗污染性，文献中还指出用磷酸盐进行复配，导致产品成本再次升高。
本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，提供一种无毒且有良好稀释性、抗污染性、耐高温的泥浆稀释剂的合成方法。使单体用量少，不用复配，从而降低生产成本。改进装置设计和工艺条件，从而获得具有良好性能的产品，以满足钻井泥浆的需要。
本发明是从稀释剂的作用原理出发，在木质素磺酸盐的分子中引入丙烯酸和丙烯酰胺，由于羧基和酰胺基的存在，造成稀释剂分子能与泥浆中
Figure 901044792_IMG1
土粒子发生强烈吸附作用的条件，从而改善稀释剂的性能。本发明是以木质素磺酸盐为主要原料，其特点是以丙烯酸和丙烯酰胺为单体，在引发剂的作用下，在聚合物分子内同时引入羧基和酰胺基团，使之获得良好的稀释效果。先将木质素磺酸盐与丙烯酸和丙烯酰胺在过氧化物的作用下，发生接枝聚合反应，生成不同分子量的聚合物。后用硫酸亚铁进行配合反应，聚合物分子与二价铁离子生成若干五元或六元环的多官能团螯合物，其平均分子量在50000～150000之间。
本发明的钻井泥浆稀释剂的合成方法为：先将木质素磺酸盐配成35～45%的水溶液，先后加入或同时加入丙烯酸和丙烯酰胺。加入单体的量丙烯酸为5～8%，丙烯酰胺为5～2%，两者的总用量不超过木质素磺酸盐重量的10%。聚合反应在装有回流装置的反应釜中进行，开始料液不升温，待引发剂过氧化物一次全部加入搅匀后，再升温反应，这样可防止反应时产生大量泡沫，过氧化物的加入量为木质素磺酸盐重量的1～10%。聚合反应进行时，PH值控制在2.5～3.5，温度控制在80～90℃恒温反应。为防止丙烯酸的挥发，在装置设计上，采用回流装置，停留时间为3～4小时。此制备过程的化学反应方程式见附图一。
上述产物用硫酸亚铁进行配合反应，其中铁的含量应为木质素磺酸盐重量的3～8%。配合反应进行时，PH值控制在3.3～3.7，温度控制在80～95℃，停留时间为30～60分钟。最后经过滤，喷雾干燥得产品。在配合反应中，与F2+ e配合生成螯合成的结构见附图二。
本方法与现有的合成方法相比，其主要优点如下：
1、本发明同时使用了丙烯酸和丙烯酰胺，且总用量较少，降低了生产成本。
2、本发明是先加过氧化物，在温度不高时搅匀，这就解决了反应时的发泡问题。
3、本产品不含铬、无毒，抗盐抗钙性能好。可用于淡水泥浆体系，也可用于盐水泥浆和聚合物泥浆体系，而不必用偏磷酸钠复配。
4、本产品的降粘、降切、抗盐、抗温等性能，达到或超过相关文献介绍的性能。
5、装置上采用了回流，避免丙烯酸挥发损失。
采用本方法所合成的钻井泥浆稀释剂的特性为：
1、为棕褐色固体粉末，水溶性好。
2、平均分子量为50000～150000。
本发明下面将结合实施例作进一步详述：
实施例1：将200克木质素磺酸盐配成40%水溶液，加入丙烯酸12克，搅拌均匀后加入30%H2O24毫升，继续搅拌，用40%H2SO4调PH值到3.0，在85℃下恒温反应2小时。然后再加入4克丙烯酰胺，搅拌溶解，加入30%H2O24毫升，继续搅拌，再用40%H2SO4调PH值到3.0，在85℃下反应1小时。在上述料液中加入FeSO4·7H2O50克，在PH值为3.5，温度为90℃下配合反应半小时，过滤除去杂质，喷雾干燥即得产品。
实施例2：将200克木质素磺酸盐配成40%的水溶液，加入丙烯酸12克、丙烯酰胺8克，搅拌均匀后，加入过二硫酸钠10克，继续搅拌均匀，用40%H2SO4调PH值至3.0，在温度为80℃下恒温反应3小时。然后在上述料液中加入50克FeSO4·7H2O，搅拌2～3分钟，PH值调至3.5，温度为85℃，配合反应半小时，经过滤、干燥即得产品。
实施例3：参照中国石油天然气总公司《水基钻井用降粘剂荐行评价程序》，以比重为1.045的钙 土原浆中φ600＝6.0+2，θ1＝40～60，用上述实施例1，2所得产品作稀释剂，进行性能实验测试，可得到有关降粘、降切、抗温、抗盐、抗钙等性能指标，其数据见表1。
表1
稀释剂 温度（℃） 加量（％） AV（mpa·s) PV（mpa·s) YP(Pa) θ1(Pa) θ10(Pa)
本发明产品 305585100120150200 0.5 4.04.04.04.55.07.510.0 3.53.53.53.54.56.59.0 0.50.50.51.00.51.01.5 0000000 0000000
铁铬盐（FCLS) 3085120150 0.5 5.05.06.57.0 4.04.05.06.0 1.01.01.51.0 0.500.50 4.04.024.00
注：AV-表观粘度 PV-塑性粘度 YP-屈服值 θ1、θ10分别为1分钟和10分钟的静切力值。
从上表的数据中可看出，本发明产品有好的降粘、降切、抗温等性能。
将上述比重为1.045的钙
Figure 901044792_IMG3
土基浆进行抗污染能力的测试，可得有关数据见表2。
表2
泥浆 温度/小时(℃/h) AV(mpa.s) PV(mpa.s) YP(Pa) θ1(Pa) θ10(Pa)
基浆＋4％NaCl+0.5%本发明产品 50150/20小时 13.010.3 5.53.0 8.47.4 12.07.1 13.07.5
基浆＋4％NaCl+0.5%铁铬盐 50150/20小时 13.017.8 3.52.5 9.715.6 15.311.2 17.920.4
基浆＋0.3％NaCl＋0.5%本发明产品 50150/20小时 8.89.5 5.55.0 3.34.6 6.16.9 16.413.3
基浆＋0.3％NaCl＋0.5%铁铬盐 50150/20小时 11.523.8 6.52.0 5.122.2 24.025.6 28.630.7
从上表的数据中可看出，本发明产品抗污染性能比铁铬盐好。

Claims (8)

1、一种用于油气井钻井用的无毒、耐高温泥浆稀释剂的合成方法，其特征是以木质素磺酸盐为主要原料，以丙烯酸和丙烯酰胺为单体，在引发剂的作用下，控制适当PH值和温度，先进行接枝聚合反应，后进行配合反应，经过滤、干燥而制得产品。
2、根据权利要求1所述，其特征在于：木质素磺酸盐配成35～45%的水溶液，加入单体的量丙烯酸为5～8%，丙烯酰胺为5～2%，两者的总用量不超过木质素磺酸盐重量的10%。
3、根据权利要求1所述，其特征在于：所用引发剂为过氧化物，其用量为木质素磺酸盐重量的1～10%。
4、根据权利要求1所述，其特征在于：聚合反应进行时，PH值控制在2.5～3.5，温度控制在80～90℃，停留时间为3～4小时。
5、根据权利要求1所述，其特征在于：用硫酸亚铁进行配合反应，其中铁的含量应为木质素磺酸盐重量的3～8%。
6、根据权利要求2所述，其特征在于：木质素磺酸盐与丙烯酸和丙烯酰胺的聚合反应可先后进行，也同可时进行，为防止丙烯酸的挥发，聚合反应采用回流装置。
7、根据权利要求3所述，其特征在于：开始料液不升温，待引发剂过氧化物一次全部加入后，经搅拌均匀，在80～90℃下恒温反应。
8、根据权利要求5所述，其特征在于：配合反应进行时，PH值控制在3.3～3.7，温度控制在80～90℃，停留时间为30～60分钟。
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