CN106047315B - 一种有机硅改性水解聚丙烯腈钠盐低粘降滤失剂的制备方法 - Google Patents

一种有机硅改性水解聚丙烯腈钠盐低粘降滤失剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种有机硅改性水解聚丙烯腈钠盐低粘降滤失剂的制备方法，包括如下质量百分比的原料：废旧腈纶原料35～50％，NaOH 10～40％，有机硅改性剂1‑10％，余量为水；所述的有机硅改性剂为：γ‑‑氯丙基甲基二甲氧基硅烷、D4或D3。本发明不用对腈纶水解产物进行降解处理，仅在腈纶水解产物的分子链中加入适量的有机硅分子，克服了传统生产工艺制得的相应降滤失剂产品对泥浆提粘作用严重的缺点，通过有机硅改性使产品提粘作用大幅降低，同时产品的降滤失性优良；制备的降滤失剂在较高温度下的性能波动性小，质量稳定性好。

Description

一种有机硅改性水解聚丙烯腈钠盐低粘降滤失剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种有机硅改性水解聚丙烯腈钠盐低粘降滤失剂的制备方法，属于钻井液添加剂制备技术领域。
背景技术
降滤失剂是石油钻探过程中最常用、最重要的一种添加剂，它可以降低钻井液中的水分向地层中渗透，从而稳定井壁，保护地层。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。聚丙烯腈水解产物很早就被用于钻井液添加剂，主要原料为废旧腈纶，原料成本低，加工工艺简单，抗温和抗盐效果优越，曾一度被广泛的应用于油田钻探过程；但在使用过程中存在较严重的提粘现象，通常需要稀释剂配合使用。
自聚丙烯腈水解物作为钻井液助剂以来，人们不断开发新的加工工艺以提高其性能。水解聚丙烯腈改性产品主要有：1)水解聚丙烯腈铵盐、钠盐、钾盐、钙盐；2)以水溶性丙烯类单体为改进剂，与聚丙烯腈水解物共聚改性；上述方法不同程度的对聚丙烯腈水解产物抗温、抗盐和抗高价阳离子能力有所改善，但对其提粘的问题却无能为力。
中国专利文献CN 102994055A公开了一种钻井液用降滤失剂水解聚丙烯腈铵盐的制备方法，其各物料按重量份数计为：精制棉400～500份、烧碱90～110份、氯乙酸15～25份、腈纶400～500份；经碱化、醚化、水解反应得到钻井液用降滤失剂水解聚丙烯腈铵盐处理剂。但是，该方法以精制棉和腈纶为主要原料，成本高；而且水解温度高达190℃～210℃，能耗较高，压力在12-20大气压之间，安全隐患大。
中国专利文献CN 1060795C公开了一种丙烯类单体接枝聚丙烯腈水解物制备钻井液助剂的制备方法，聚丙烯腈水解物100份、丙烯酸10-50份、丙烯酰胺10-70份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸1-20份、3-丙烯酰胺基丙基二甲基氯化铵1-15份、水1000-2000份、引发剂K2S2O8-NaHSO30.002-0.05份，加入反应釜，30-55℃反应5小时，而后加入高价阳离子凝结聚沉，真空干燥粉碎后加活性剂(硫酸盐或碳酸盐或磷酸盐)得抗盐性能优良的钻井液助剂。但该方法接枝丙烯类单体形成的共聚物分子量进一步提高，提粘作用更明显。
现有的聚丙烯腈水解物降滤失剂无法同时保证产品的降滤失性和降粘性均达到理想的效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种有机硅改性水解聚丙烯腈钠盐低粘降滤失剂的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种低粘度水解聚丙烯腈钠盐降滤失剂的制备方法，包括如下质量百分比的原料：
废旧腈纶原料35～50％，NaOH 10～40％，有机硅改性剂1-10％，余量为水；所述的有机硅改性剂为：γ--氯丙基甲基二甲氧基硅烷、八甲基环四硅氧烷(D4)或六甲基环三硅氧烷(D3)；
制备步骤如下：
(1)将废旧腈纶原料洗净，晾干，加入到捏合反应器；
(2)按比例取NaOH加水配制成浓度30～45wt％的NaOH溶液，加到步骤(1)的废旧腈纶原料中，加热升温至100～115℃进行水解反应120～150min，得水解混合料；
(3)按比例将有机硅改性剂加入到步骤(2)得到的水解混合料中，100～115℃反应1～2h，得胶状物；
(4)将步骤(3)得到的胶状物于105～125℃干燥10～15h，粉碎，过60～100目筛，即得低粘度水解聚丙烯腈钠盐降滤失剂；
所述的步骤(2)所用的水、步骤(3)所用的水、废旧腈纶原料、NaOH、有机硅改性剂的质量百分比加和为百分之百。
根据本发明，优选的，所述的有机硅改性剂为γ--氯丙基甲基二甲氧基硅烷。
根据本发明，优选的，所述的有机硅改性剂质量百分含量为4～7％，更优选6％。
根据本发明，优选的，所述的NaOH的质量百分含量为30～40％，更优选35％。
根据本发明，优选的，所述的步骤(2)中水解反应温度为105℃。
根据本发明，优选的，所述的步骤(3)中反应温度为100℃。
根据本发明，优选的，所述的步骤(4)中干燥温度为110～120℃。
根据本发明，优选的，所述的废旧腈纶原料为聚丙烯腈质量含量≥75％的纤维、织物。
本发明制得的降滤失剂为可流动性固体粉末，适用温度一般在室温至150℃，相比传统水解聚丙烯腈钠盐在泥浆体系中粘度降低率大于50％，可在淡水泥浆或饱和盐水泥浆中使用。本发明所用NaOH可为含量大于96wt％的工业级产品。
本发明方法主要在废腈纶水解过程后进行有机硅改性，仅在腈纶水解产物的分子链中加入适量的有机硅分子，即可保持最终产品优良的降滤失性能和粘度性能。本发明方法生产的产品提粘作用大幅降低，反应采用捏合反应器，具有能耗低，产能大，工艺简单，易操作等特点。
本发明的有益效果：
1、本发明不用对腈纶水解产物进行降解处理，仅在腈纶水解产物的分子链中加入适量的有机硅分子，克服了传统生产工艺制得的相应降滤失剂产品对泥浆提粘作用严重的缺点，通过有机硅改性使产品提粘作用大幅降低，同时产品的降滤失性优良。
2、本发明制备的降滤失剂在较高温度下的性能波动性小，质量稳定性好。
3、本发明制备方法简单，产能大，易于形成工业化规模生产。
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。
实施例中的废旧腈纶原料(聚丙烯腈质量含量＞75％)是市购的纺织厂的废腈纶纤维。
实施例中的捏合机是本领域内常规设备，购自山东龙兴化工机械集团公司NH5L型捏合机。
实验例中的评价方法如下：
淡水评价方法：将评价土、水、NaHCO3按35：350：1的比例高速(10000转/分)混合20min，然后按基浆质量的1.5％加入降滤失剂并高速(10000转/分)搅拌20min。将所得泥浆置入养护瓶养护16小时，或在设定温度下热滚炉中老化16小时，将泥浆取出，按Q/SH1020标准测其淡水中压API滤失量。
饱和盐水(NaCl)评价方法：将评价土、饱和盐水、NaHCO3按35：350：1的比例高速(10000转/分)混合20min，然后按基浆质量的1.5％加入所制备的降滤失剂高速(10000转/分)搅拌20min。将所得泥浆置入养护瓶养护16小时，或在设定温度下热滚炉中老化16小时，将泥浆取出，按Q/SH1020测其饱和盐水中压API滤失量。
粘度测试方法：将试验用钠土、水、无水碳酸钠按35：400：1的比例配制基浆，高速(10000转/分)搅拌20min，密闭养护24h之后，高速(10000转/分)搅拌5min立即按GB/T16783.1测试其Φ100读值，即为基浆粘度。然后按基浆质量的2.75％加入降滤失剂高速(10000转/分)搅拌20min，立即按GB/T 16783.1测试其Φ100读值，即为样品对基浆的影响粘度。
实施例1
一种有机硅改性水解聚丙烯腈钠盐低粘降滤失剂的制备方法，步骤如下：
(1)将800g废旧腈纶原料洗净，晾干，加入到5升的捏合机内；
(2)将420gNaOH配置成1200g溶液倒入上述捏合机内，加热升温至105℃，水解捏合反应120min，得初水解混合料；
(3)将20.5gγ--氯丙基甲基二甲氧基硅烷加入到步骤(2)得到的水解混合料中，100℃反应90min，得胶状物；
(4)将步骤(3)得到的胶状物于110℃干燥10h，粉碎，过60目筛，得产品。
实施例2
一种有机硅改性水解聚丙烯腈钠盐低粘降滤失剂的制备方法，步骤如下：
(1)将800g废旧腈纶原料洗净，晾干，加入到5升的捏合机内；
(2)将420gNaOH配置成1200g溶液倒入上述捏合机内，加热升温至105℃，水解捏合反应120min，得水解混合料；
(3)将85gγ--氯丙基甲基二甲氧基硅烷加入到步骤(2)得到的水解混合料中，100℃反应90min，得胶状物；
(4)将步骤(3)得到的胶状物于110℃干燥10h，粉碎，过60目筛，得产品。
实施例3
一种有机硅改性水解聚丙烯腈钠盐低粘降滤失剂的制备方法，步骤同实施例1，不同的是步骤(3)中γ--氯丙基甲基二甲氧基硅烷130g。
实施例4
一种有机硅改性水解聚丙烯腈钠盐低粘降滤失剂的制备方法，步骤同实施例1，不同的是步骤(3)中γ--氯丙基甲基二甲氧基硅烷为220g。
实施例5
一种有机硅改性水解聚丙烯腈钠盐低粘降滤失剂的制备方法，步骤如下：
(1)将800g废旧腈纶原料洗净，晾干，加入到5升的捏合机内；
(2)将420gNaOH配置成1200g溶液倒入上述捏合机内，加热升温至105℃，水解捏合反应120min，得水解混合料；
(3)将85g八甲基环四硅氧烷加入到步骤(2)得到的水解混合料中，100℃反应90min，得胶状物；
(4)将步骤(3)得到的胶状物于110℃干燥10h，粉碎，过60目筛，得产品。
实施例6
一种有机硅改性水解聚丙烯腈钠盐低粘降滤失剂的制备方法，步骤同实施例5，不同的是步骤(3)中八甲基环四硅氧烷130g。
实施例7
一种有机硅改性水解聚丙烯腈钠盐低粘降滤失剂的制备方法，步骤如下：
(1)将800g废旧腈纶原料洗净，晾干，加入到5升的捏合机内；
(2)将420gNaOH配置成1200g溶液倒入上述捏合机内，加热升温至105℃，水解捏合反应120min，得水解混合料；
(3)将130g六甲基环三硅氧烷加入到步骤(2)得到的水解混合料中，100℃反应90min，得胶状物；
(4)将步骤(3)得到的胶状物于110℃干燥10h，粉碎，过60目筛，得产品。
实施例8
一种有机硅改性水解聚丙烯腈钠盐低粘降滤失剂的制备方法，步骤如下：
(1)将800g废旧腈纶原料洗净，晾干，加入到5升的捏合机内；
(2)将480gNaOH配置成1200g溶液倒入上述捏合机内，加热升温至105℃，水解捏合反应120min，得水解混合料；
(3)将130gγ--氯丙基甲基二甲氧基硅烷加入到步骤(2)得到的水解混合料中，100℃反应90min，得胶状物；
(4)将步骤(3)得到的胶状物于110℃干燥10h，粉碎，过60目筛，得产品。
实施例9
一种有机硅改性水解聚丙烯腈钠盐低粘降滤失剂的制备方法，步骤如下：
(1)将800g废旧腈纶原料洗净，晾干，加入到5升的捏合机内；
(2)将360gNaOH配置成1200g溶液倒入上述捏合机内，加热升温至105℃，水解捏合反应120min，得水解混合料；
(3)将130gγ--氯丙基甲基二甲氧基硅烷加入到步骤(2)得到的水解混合料中，100℃反应90min，得胶状物；
(4)将步骤(3)得到的胶状物于110℃干燥10h，粉碎，过60目筛，得产品。
对比例1
将800g废旧腈纶原料洗净，晾干，加入到5升的捏合机内；将420gNaOH配置成1200g溶液倒入上述捏合机内，加热升温至105℃，水解捏合反应120min，将水解产物于110℃干燥10h，粉碎，过60目筛，得产品。
对比例2
选用工业上普遍使用的水解聚丙烯腈钠盐降滤失剂，进行对比。
本发明制备的降滤失剂可在淡水泥浆或饱和盐水泥浆中使用，降滤失性和粘度性能优良。
实验例1淡水滤失性能评价
实施例1～9、对比例1～2的淡水滤失量评价结果如表1所示。
表1
实验例2饱和盐水(NaCl)滤失性能评价
实施例1～9、对比例1～2的饱和盐水(NaCl)滤失量评价结果如表2所示。
表2
实验例3泥浆粘度性能评价
实施例1～9、对比例1～2的泥浆粘度影响评价结果如表3所示，基浆的粘度Φ100度值为26。
表3
由表1、2可知，本发明制备的降滤失剂在淡水和饱和盐水中的室温降滤失性能优良，在150℃时的降滤失性能优良，性能指标明显比工业上普遍使用的水解聚丙烯腈钠盐降滤失剂好。由表3可知，本发明制备的降滤失剂粘度性能优良，明显比对比例1～2的要好。通过对比实施例1～9和对比例2可知，水解聚丙烯腈钠盐通过适量有机硅改性，能够在保持水解聚丙烯腈钠盐抗盐和抗温性能的基础上，使泥浆体系粘度大幅降低。
因此，本发明制备的降滤失剂克服了传统生产工艺制得的相应降滤失剂产品对泥浆提粘作用严重的缺点，通过有机硅改性使产品提粘作用大幅降低，同时产品的降滤失性优良；在降滤失性和粘度性能方面均表现出优良的效果。

Claims (9)

1.一种低粘度水解聚丙烯腈钠盐降滤失剂的制备方法，包括如下质量百分比的原料：
废旧腈纶原料35~50%，NaOH 10~40%，有机硅改性剂1-10%，余量为水；所述的有机硅改性剂为：γ--氯丙基甲基二甲氧基硅烷、八甲基环四硅氧烷（D4）或六甲基环三硅氧烷（D3）；
制备步骤如下：
（1）将废旧腈纶原料洗净，晾干，加入到捏合反应器；
（2）按比例取NaOH加水配制成浓度30～45wt％的NaOH溶液，加到步骤（1）的废旧腈纶原料中，加热升温至100～115℃进行水解反应120～150min，得水解混合料；
（3）按比例将有机硅改性剂加入到步骤（2）得到的水解混合料中，100℃反应1～2 h ，得胶状物；
（4）将步骤（3）得到的胶状物于105~125℃干燥10～15 h，粉碎，过60～100目筛，即得低粘度水解聚丙烯腈钠盐降滤失剂；
所述的步骤（2）所用的水、步骤（3）所用的水、废旧腈纶原料、NaOH、有机硅改性剂的质量百分比加和为百分之百。
2.根据权利要求1所述的低粘度水解聚丙烯腈钠盐降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述的有机硅改性剂为γ--氯丙基甲基二甲氧基硅烷。
3.根据权利要求1所述的低粘度水解聚丙烯腈钠盐降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述的有机硅改性剂质量百分含量为4~7%。
4.根据权利要求3所述的低粘度水解聚丙烯腈钠盐降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述的有机硅改性剂质量百分含量为6%。
5.根据权利要求1所述的低粘度水解聚丙烯腈钠盐降滤失剂的制备方法，其特征在于，
所述的NaOH的质量百分含量为30~40%。
6.根据权利要求1所述的低粘度水解聚丙烯腈钠盐降滤失剂的制备方法，其特征在于，
所述的NaOH的质量百分含量为35%。
7.根据权利要求1所述的低粘度水解聚丙烯腈钠盐降滤失剂的制备方法，其特征在于，
所述的步骤（2）中水解反应温度为105℃。
8.根据权利要求1所述的低粘度水解聚丙烯腈钠盐降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤（4）中干燥温度为110~120℃。
9.根据权利要求1所述的低粘度水解聚丙烯腈钠盐降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述的废旧腈纶原料为聚丙烯腈质量含量≥75%的纤维、织物。
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