CN106467727B - 一种固液分离剂和制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明使用丙烯酰胺、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、环氧丙烯、环氧乙烷、溴代乙酸酰胺和二乙醇胺在一定条件下合成一种可将有机大分子钻井液完全固液分离的处理剂。通过将该处理剂加入有机大分子钻井液使钻井液初步的固液分离后利用离心机将其彻底的固液分离，分离出来的含水固相和钻屑一并无害化固化处理达到环保要求，液相可直接用于配制其它井一开或者二开钻井液，达到百分百回收再利用。该产品成本较低，使用工艺简单，而且可以有效的使有机大分子钻井液固液分离。处理后的分离物环保效果明显。很好的解决了废弃有机大分子钻井液固液分离难、成本高等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种固液分离剂和制备方法及其应用，特别涉及一种钻井液用固液分离剂和制备方法及其应用。
背景技术
废弃钻井液是石油工业的主要污染物之一，随着石油工业的快速发展，钻井液的种类和添加剂种类也不断增加，特别是近年来长庆区域随着钻井深度和钻井数量不断增加，有机大分子钻井液得到了广泛的使用，而有机大分子钻井液不能有效的净化处理，这些废弃钻井液对周围环境和人身健康带来了巨大的威胁。据统计，我国每年钻井产生的废弃钻井液近千万方，而相当数量井场的废弃钻井液采用大池子循环，完钻后直接采用坑内填埋法、注入安全地层法、固化处理法等。这些处理方法会导致土壤、地表和地下水的污染，对环境造成影响和破坏，直接或间接对动植物及人类产生危害。
当前环境保护是我国的一项基本国策，保持社会、经济和环境可持续协调发展已经成为我国的一项战略性任务和目标，自2014年底实施新《环境保护法》后，实施对废弃钻井液的无害化分离处理更加刻不容缓。目前鄂尔多斯盆地苏里格气田在废弃钻井液无害化处理方面，地方政府出台了相关文件，要求钻井过程中钻井液必须达到“不落地”要求，其中难题之一就是使用的有机大分子钻井液很难达到有效的固液分离，使用的固液分离剂导致废弃有机有机大分子钻井液稠化严重、分离不彻底、对井队设备要求也较高，使用井队现有的设备分离出来的液相粘度、密度较高，固相含水量也比较高达不到环保要求，而且由于有机大分子钻井液本身抑制性较差，导致地层造浆引进更多的劣质固相等因素，造成固液分离难度加大。因此，为了更好地将苏里格地区有机大分子钻井液固液分离，急需研发出一种安全环保、使用效果好、现场配制工艺简单的固液分离剂。
发明内容
本发明的目的是解决现有的用于分离废弃钻井液的分离剂存在的钻井液稠化严重、分离不彻底和带来的环境污染问题。
为此，本发明提供了一种固液分离剂，所述分离剂由以下重量百分比的组分组成：
丙烯酰胺10％～30％，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸10％～15％，环氧丙烯10％～20％，环氧乙烷5％～10％，引发剂A 0.1％～0.5％，溴代乙酸酰胺5％～10％，二乙醇胺5％～10％，引发剂B 0.1％～0.5％，pH调节剂0.1％～0.5％，其余为水。
所述分离剂由以下重量百分比的组分组成：
丙烯酰胺15％～20％，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸11％～14％，环氧丙烯15％～18％，环氧乙烷6％～8％，引发剂A 0.2％～0.4％，溴代乙酸酰胺6％～8％，二乙醇胺6％～8％，引发剂B 0.2％～0.4％，pH调节剂0.2％～0.4％，其余为水。
所述引发剂A是过硫酸铵、过氧化钠中的一种。
所述引发剂B是偶氮二异丁盐酸钠、偶氮二氰基戊酸、过硫酸钾中的一种。
所述pH调节剂为氨水。
一种固液分离剂的制备方法，所述固液分离剂及其重量配比包括丙烯酰胺10％～30％，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸10％～15％，环氧丙烯10％～20％，环氧乙烷5％～10％，引发剂A 0.1％～0.5％，溴代乙酸酰胺5％～10％，二乙醇胺5％～10％，引发剂B0.1％～0.5％，pH调节剂0.1％～0.5％，其余为水，
具体步骤如下：向密闭反应釜中加入丙烯酰胺、去离子水，进行搅拌使其溶解，然后依次加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、环氧丙烯、环氧乙烷，再向反应釜中通入氮气并搅拌25～35min，当反应釜温度达到60℃～80℃时，再在50min～70min内均匀加入引发剂A，搅拌反应2.5～3小时，反应釜升温至90℃～110℃，再依次加入溴代乙酸酰胺、二乙醇胺，然后再加入引发剂B，搅拌反应2小时后，再加入pH调节剂调节体系pH至7，停止搅拌，冷却至室温，于100℃～120℃下烘干粉碎，完成固液分离剂的制备；
上述原料的加入量均按配方量加入。
所述的引发剂A是过硫酸铵、过氧化钠中的一种，引发剂B是偶氮二异丁盐酸钠、偶氮二氰基戊酸、过硫酸钾中的一种，pH调节剂为氨水。
一种固液分离剂的应用，所述固液分离剂应用于废弃的有机大分子钻井液的固液分离。
本发明的有益效果：本发明使用丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、环氧丙烯、环氧乙烷、溴代乙酸酰胺和二乙醇胺在一定条件下合成一种可将有机大分子钻井液完全固液分离的处理剂。通过将该处理剂加入有机大分子钻井液使钻井液初步的固液分离后利用离心机将其彻底的固液分离，分离出来的含水固相和钻屑一并无害化固化处理达到环保要求，液相可直接用于配制其它井一开或者二开钻井液，达到百分百回收再利用。该产品成本较低，使用工艺简单，而且可以有效的使有机大分子钻井液固液分离。处理后的分离物环保效果明显。很好的解决了废弃有机大分子钻井液固液分离难、成本高等问题。该发明即满足了企业降本增效方针政策又满足了我国新环境法颁布后对环境保护的诸多要求，实现了有机大分子钻井液“零排放”“零污染”，环保效益、经济效益和社会效益显著，很值得推广应用。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是在基浆中加入固液分离剂后固相沉降速度与加量关系图。
图2是基浆中加入固液分离剂后液相透过率与加量关系图。
具体实施方式
本发明提供了一种固液分离剂，所述分离剂由以下重量百分比的组分组成：丙烯酰胺10％～30％，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸10％～15％，环氧丙烯10％～20％，环氧乙烷5％～10％，引发剂A 0.1％～0.5％，溴代乙酸酰胺5％～10％，二乙醇胺5％～10％，引发剂B 0.1％～0.5％，pH调节剂0.1％～0.5％，其余为水。
上述固液分离剂的制备方法，具体步骤如下：向密闭反应釜中加入丙烯酰胺、去离子水，进行搅拌使其溶解，然后依次加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、环氧丙烯、环氧乙烷，再向反应釜中通入氮气并搅拌25～35min，当反应釜温度达到60℃～80℃时，再在50min～70min内均匀加入引发剂A，搅拌反应2.5～3小时，反应釜升温至90℃～110℃，再依次加入溴代乙酸酰胺、二乙醇胺，然后再加入引发剂B，搅拌反应2小时后，再加入pH调节剂调节体系pH至7，停止搅拌，冷却至室温，于100℃～120℃下烘干粉碎，完成固液分离剂的制备；
上述原料的加入量均按配方量加入。
以上药剂组分均为市售化学品。
上述固液分离剂应用于废弃的有机大分子钻井液的固液分离。有机大分子钻井液是指分子量为500万以上的分子。
实施例1：
本实施例提供了一种固液分离剂，所述分离剂由以下重量百分比的组分组成：丙烯酰胺15％，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸12％，环氧丙烯15％，环氧乙烷8％，引发剂A0.2％，溴代乙酸酰胺8％，二乙醇胺8％，引发剂B0.2％，pH调节剂0.2％，其余为水。
上述固液分离剂的制备方法，具体步骤如下：向密闭反应釜中加入丙烯酰胺同时加入一定量的去离子水，进行搅拌使其充分溶解，然后依次加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、环氧丙烯、环氧乙烷，再向反应釜中通入氮气并搅拌25～35min，当反应釜温度达到60℃～80℃时，再在50min～70min内均匀加入引发剂A，搅拌反应3小时，反应釜升温至90℃～110℃，再依次加入溴代乙酸酰胺、二乙醇胺，然后再缓慢加入引发剂B，搅拌反应2小时后，再加入pH调节剂调节体系pH至7，停止搅拌，使物料在氮气保护下继续聚合反应1小时，冷却至室温，于100℃～120℃下烘干粉碎，完成固液分离剂的制备。
本实施例中引发剂A是过硫酸钠，引发剂B是偶氮二氰基戊酸，pH调节剂是氨水。
本实施例针对上述固液分离剂的性能效果作了如下试验：
试验一：本实施例制备的固液分离剂对有机大分子钻井液的固液分离效果测定。
本试验分别在以清水、4％土粉、2％无荧光白沥青、3％改性淀粉、0.3％高粘聚阴离子纤维素钠盐、0.3％黄原胶、0.1％聚丙烯酰胺、0.2％羟甲基纤维素钠、5％石灰石、0.5％烧碱配制有机大分子钻井液，在基浆中按照不同加量加入实施例2制备的固液分离剂样品，测试了基浆固液分离后沉降速度和上部清液透光率，测试结果见图1和图2。
从图1～图2以看出，随着投加量增加固相的沉降速度和液相的透光率均呈增加趋势，在40ml/L时均达到最大值，但是，投随着加量超过40ml/L后均呈下降趋势。这是由于试剂是以电荷中和作用占主导地位所致。当带负电荷的待处理体系电中和作用后，电动电位随之降低，当电动电位越过零(即固液分离剂投加过量后)，体系由负电体系变成正电体系，而相同电荷间的排斥作用使得絮凝体再次分散而使处理效果变差。
试验二：本实施例制备的固液分离剂对现场有机大分子钻井液的固液分离效果测定。
本试验取现场有机大分子钻井液放入100ml具塞中，再向其加入一定量的固液分离剂后测的有机大分子钻井液的API失水、ζ电位、絮团大小、絮层体积及沉积层，具体试验结果见表1。
表1
由表1可以看出当向废弃钻井液中加入0.2％的固液分离剂后，钻井液固液分离明显，絮凝团较大，上部清液色度和透光率较好，粘度也接近于清水，加入过量后反而会使上部清液变得粘稠，现场推荐加量0.2-0.3％。固液分离后，再使用离心设备使其完全固液分离，测得其液相部分和原钻井液性能对比如表2。
表2
从表2可以看出固液分离后的液相部分已非常接近清水的性能，可以进一步的回收再利用。
试验三：对废弃有机大分子钻井液经过本实施例制备的固液分离剂离心固液分离后的固相部分和液相部分，进行环保性能指标测试，测试结果见表3和表4。
表3液相部分环保指标
表4固相部分环保指标
从表3、表4可以看出，有机大分子钻井液经过离心固液分离后，液相、固相的COD(化学需氧量)、BOD(生化需氧量)、总烃、重金属离子均达到国家环保标准要求，固相部分可以做进一步的无害化处理，液相可以用来直接回收再利用。
试验四：固液分离出来的液相部分再利用，配取新钻井液后性能测试。
取分离后的液相部分分别配坂土浆和有机大分子钻井液，并测其钻井液性能与清水配浆性能的对比实验。
(1)本实验取分离后液相、6％膨润土、0.5％高粘聚阴离子纤维素钠盐、0.5％烧碱配制坂土浆，取清水、6％膨润土、0.5％高粘聚阴离子纤维素钠盐、0.5％烧碱配制坂土浆，将配制成的坂土浆进行对比，实验结果如表5。
表5液相和清水配制的坂土浆性能对比
(2)再分别使用分离后液相、4％土粉、2％无荧光白沥青、3％改性淀粉、0.3％高粘聚阴离子纤维素钠盐、0.3％黄原胶、0.1％聚丙烯酰胺、0.2％羟甲基纤维素钠、5％石灰石、0.5％烧碱配制有机大分子钻井液基浆，取清水、4％土粉、2％无荧光白沥青、3％改性淀粉、0.3％高粘聚阴离子纤维素钠盐、0.3％黄原胶、0.1％聚丙烯酰胺、0.2％羟甲基纤维素钠、5％石灰石、0.5％烧碱配制有机大分子钻井液基浆，将配制成的有机大分子钻井液基浆进行对比，实验结果如表6。
表6液相和清水配制的有机大分子钻井液性能对比
从表5、表6中可以看出用分离出来的液相无论是配制坂土浆还是有机大分子钻井液均与清水配制的新浆性能相当，在热滚16h后性能也没有明显降低。所以固液分离后液相完全可以用来配制钻井用新浆，实现了液相百分百的回收利用，不仅节省了钻井成本同时也降低了环保压力，产生了明显的经济效益。
本实施例制备的固液分离剂已经在苏里格区块现场试验，在现场使用时首先将其配成0.5％的胶液再将其缓慢加入需要处理的钻井液中，经过充分搅拌，使其达到初步的固液分离效果，再利用现场设备离心机进行完全的固液分离，分离出来的固相部分和钻屑一并做无害化处理，液相部分重复使用用来配新钻井液。现已累计处理10多口井，合计处理有机大分子钻井液3000多方，处理前钻井液平均密度1.2g/cm3，漏斗粘度65s，失水为4ml，pH9，处理后液相密度1.02g/cm3，漏斗粘度28s，失水为全失，pH 7，液相固相含量≤0.5％。分离后的液相部分已全部回收利用，回收再利用率达到100％，直接节约生产用水13000多方，防止了有机大分子钻井液对环境造成的危害，为苏里格区域“泥浆不落地”工艺提供了强有力的技术保障，为每一口井都加上了一把“环保锁”，为草原筑起了一道“保护墙”，带来了显著的环保、经济、社会效益，实现了该区块的清洁化生产。
实施例2：
本实施例提供了一种固液分离剂，所述分离剂由以下重量百分比的组分组成：丙烯酰胺10％，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸10％，环氧丙烯10％，环氧乙烷5％，引发剂A0.1％，溴代乙酸酰胺5％，二乙醇胺5％，引发剂B0.1％，pH调节剂0.1％，其余为水。
上述固液分离剂的制备方法同实施例1，本实施例中引发剂A是过硫酸铵，引发剂B是偶氮二异丁盐酸钠，pH调节剂是氨水。
本实施例同实施例1作了相关试验，试验过程同实施例1，试验数据如下：
表7
由表7可以看出当向废弃钻井液中加入0.2％的固液分离剂后，钻井液固液分离明显，絮凝团较大，上部清液色度和透光率较好，粘度也接近于清水，加入过量后反而会使上部清液变得粘稠，现场推荐加量0.2-0.3％。固液分离后，再使用离心设备使其完全固液分离，测得其液相部分和原钻井液性能对比如表8。
表8
从表2可以看出固液分离后的液相部分已非常接近清水的性能，可以进一步的回收再利用。
表9液相部分环保指标
表10固相部分环保指标
从表9、表10可以看出，有机大分子钻井液经过离心固液分离后，液相、固相的COD(化学需氧量)、BOD(生化需氧量)、总烃、重金属离子均达到国家环保标准要求，固相部分可以做进一步的无害化处理，液相可以用来直接回收再利用。
表11液相和清水配制的坂土浆性能对比
表12液相和清水配制的有机大分子钻井液性能对比
从表11、表12中可以看出用分离出来的液相无论是配制坂土浆还是有机大分子钻井液均与清水配制的新浆性能相当，在热滚16h后性能也没有明显降低。所以固液分离后液相完全可以用来配制钻井用新浆，实现了液相百分百的回收利用，不仅节省了钻井成本同时也降低了环保压力，产生了明显的经济效益。
实施例3：
本实施例提供了一种固液分离剂，所述分离剂由以下重量百分比的组分组成：丙烯酰胺：25％，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：15％，环氧丙烯20％，环氧乙烷10％，引发剂A:0.5％，溴代乙酸酰胺：10％，二乙醇胺：10％，引发剂B：0.5％，pH调节剂0.2％，其余为水。
上述固液分离剂的制备方法同实施例1，本实施例中引发剂A是过硫酸铵，引发剂B是偶氮二异丁盐酸钠，pH调节剂是氨水。
本实施例类似实施例1做了上述试验，得知制备的固液分离剂能将有机大分子钻井液的固相自然沉降分离，固液明显分层，上部清液透光率高、色度低。使用井队现有离心机就可以达到彻底的固液分离，分离出来的含水固相和钻屑一并无害化固化处理达到环保要求，液相可直接用于配制其它井一开或者二开钻井液，达到百分百回收再利用。该剂无生物毒性、可生物降解环境友好，而且现场配制工艺简单易行、能降低钻井综合成本。将该固液分离剂应用于废弃的有机大分子钻井液，可知处理前钻井液平均密度1.2g/cm3，漏斗粘度65s，失水为4ml，pH 9，处理后液相密度1.02g/cm3，漏斗粘度28s，失水为全失，pH 7，液相固相含量≤0.5％。
实施例4：
本实施例提供了一种固液分离剂，所述分离剂由以下重量百分比的组分组成：丙烯酰胺：20％，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：13％，环氧丙烯10％，环氧乙烷5％，引发剂A:0.1％，溴代乙酸酰胺：5％，二乙醇胺：5％，引发剂B：0.1％，pH调节剂0.2％，其余为水。
上述固液分离剂的制备方法同实施例1，本实施例中引发剂A是过硫酸钠，引发剂B是偶氮二异丁盐酸钠，pH调节剂是氨水。
将该固液分离剂应用于废弃的有机大分子钻井液，同实施例1作相关试验，得知处理前钻井液平均密度1.2g/cm3，漏斗粘度65s，失水为4ml，pH 9，处理后液相密度1.01g/cm3，漏斗粘度27s，失水为全失，pH 7，液相固相含量≤0.4％。
实施例5：
本实施例提供了一种固液分离剂，所述分离剂由以下重量百分比的组分组成：丙烯酰胺：10％，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：10％，环氧丙烯10％，环氧乙烷5％，引发剂A:0.2％，溴代乙酸酰胺：6％，二乙醇胺：7％，引发剂B：0.2％，pH调节剂0.2％，其余为水。
上述固液分离剂的制备方法，具体步骤如下：严格按照加料次序在密闭反应釜中加入丙烯酰胺、去离子水搅拌使其充分溶解，再按照顺序依次加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、环氧丙烯、环氧乙烷，通入氮气并搅拌30分钟，当反应釜温度达到60℃～80℃时，缓慢均匀加入引发剂A(1h左右加完)，搅拌反应3小时，继续升温至90℃～110℃，依次加入溴代乙酸酰胺、二乙醇胺，然后缓慢加入引发剂B,搅拌反应2小时后，再加入氨水调节体系pH值至7，停止搅拌，冷却后，于100℃～120℃下烘干，粉碎。即制得本发明的钻井液用固液分离剂。
本实施例中引发剂A是过硫酸钠，引发剂B是偶氮二异丁盐酸钠，pH调节剂是氨水。
将该固液分离剂应用于废弃的有机大分子钻井液，同实施例1作相关试验，得知处理前钻井液平均密度1.2g/cm3，漏斗粘度65s，失水为4ml，pH 9，处理后液相密度1.03g/cm3，漏斗粘度28s，失水为全失，pH 7，液相固相含量≤0.55％。
本发明使用丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、环氧丙烯、环氧乙烷、溴代乙酸酰胺和二乙醇胺在一定条件下合成一种可将有机大分子钻井液完全固液分离的处理剂。通过将该处理剂加入有机大分子钻井液使钻井液初步的固液分离后利用离心机将其彻底的固液分离，分离出来的含水固相和钻屑一并无害化固化处理达到环保要求，液相可直接用于配制其它井一开或者二开钻井液，达到百分百回收再利用。该产品成本较低，使用工艺简单，而且可以有效的使有机大分子钻井液固液分离。处理后的分离物环保效果明显。很好的解决了废弃有机大分子钻井液固液分离难、成本高等问题。该发明即满足了企业降本增效方针政策又满足了我国新环境法颁布后对环境保护的诸多要求，实现了有机大分子钻井液“零排放”“零污染”，环保效益、经济效益和社会效益显著，很值得推广应用。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
Claims (1)
1.一种固液分离剂的制备方法，其特征在于，所述固液分离剂及其重量配比包括丙烯酰胺10%～30%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸10%～15%，环氧丙烷10%～20%，环氧乙烷5%～10%，引发剂A 0.1%～0.5%，溴代乙酸酰胺5%～10%，二乙醇胺5%～10%，引发剂B 0.1%～0.5%，pH调节剂0.1%～0.5%，其余为水；
所述引发剂A是过硫酸铵、过氧化钠中的一种；所述引发剂B是偶氮二异丁盐酸钠、偶氮二氰基戊酸、过硫酸钾中的一种；所述pH调节剂为氨水；
具体步骤如下：向密闭反应釜中加入丙烯酰胺、去离子水，进行搅拌使其溶解，然后依次加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、环氧丙烷、环氧乙烷，再向反应釜中通入氮气并搅拌25～35min，当反应釜温度达到60℃～80℃时，再在50min～70min内均匀加入引发剂A，搅拌反应2.5～3小时，反应釜升温至90℃～110℃，再依次加入溴代乙酸酰胺、二乙醇胺，然后再加入引发剂B，搅拌反应2小时后，再加入pH调节剂调节体系pH至7，停止搅拌，冷却至室温，于100℃～120℃下烘干粉碎，完成固液分离剂的制备；
上述原料的加入量均按配方量加入。
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