CN108531188B - 一种水基钻井液钻屑的处理剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水基钻井液钻屑的处理剂及其制备方法。该水基钻井液钻屑的处理剂的原料组成为：70wt％‑85wt％的中间产品、10wt％‑20wt％的粘土粉和5wt％‑10wt％的石膏粉；中间产品的原料组成为：200mL‑300mL的水、21g‑37g的醇类单体、12g‑18g的氰酸脂类单体、32g‑45g的丙酸类单体、6g‑9g的多巴胺、1.5g‑3.0g的二环己基碳二亚胺和0.5g‑1.0g的有机胺。本发明还提供了上述处理剂的制备方法。本发明的水基钻井液钻屑的处理剂的添加量低、固化效果好且适用性强。

Description

一种水基钻井液钻屑的处理剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种处理剂及其制备方法，尤其涉及一种水基钻井液钻屑的处理剂及其制备方法，属于油气田钻井环境保护技术领域。
背景技术
随着我国各油田开发逐渐进入中后期，钻井作业的难度逐渐增加，为了解决起下钻遇阻、卡钻、井眼失稳、井漏和地层伤害等问题，传统解决方法是在复杂井段采用油基钻井液。但由于油基钻井液产生的油基钻屑的污染较重，环保部门对钻井液和钻屑毒性的控制日益严格；且油基钻井液的连续相是柴油或工业白油，钻井液价格昂贵。
各石油公司开发了综合性能与油基钻井液接近的高性能的水基钻井液。利用高性能水基钻井液开展钻井产生的钻屑成分中，含油量较油基钻井液产生的钻屑大幅度降低。
但高性能的水基钻井液为了满足在复杂地质环境中的抑制性、封堵性、润滑性和储层保护功能，钻井液体系比较复杂，含有胺基类或铝基类抑制剂及降滤失剂、包被剂、润滑剂等成分，钻屑的处理和普通的水基钻井液产生的钻屑相比，处理依然比较困难，常规固化药剂难以达到良好的处理效果，固化产品强度不符合要求，没有作为建材，铺路基材等材料的资源化价值，且浸出液中pH、COD、石油类等指标往往也达不到GB8978-1996一级标准要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种添加量低、固化效果好且适用性强的水基钻井液钻屑的处理剂。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种水基钻井液钻屑的处理剂，以该水基钻井液钻屑的处理剂的各原料的总质量为100％计，该水基钻井液钻屑的处理剂的原料组成为：70wt％-85wt％的中间产品、10wt％-20wt％的粘土粉和5wt％-10wt％的石膏粉；
中间产品的原料组成为：200mL-300mL的水、21g-37g的醇类单体、12g-18g的氰酸脂类单体、32g-45g的丙酸类单体、6g-9g的多巴胺、1.5g-3.0g的二环己基碳二亚胺(DCC)和0.5g-1.0g的有机胺。
本发明的处理其中，中间产品为主要处理剂，利用多巴胺的特性，与钻屑中的粘土成份发生固化反应，对高性能水基钻井液钻屑中的有机物、石油类、重金属等进行络合、沉淀及封固；粘土粉，加快和激发多巴胺与粘土中SiO2组分发生固化反应；石膏粉，固化增强剂，进一步增强钻屑固化物的强度。
在本发明的处理剂中，优选地，采用的醇类单体为聚乙二醇、聚丙二醇和聚乙烯醇中的一种或两种的组合。
在本发明的处理剂中，优选地，采用的聚乙二醇的粘均分子量为300-400。
在本发明的处理剂中，优选地，采用的聚丙二醇的粘均分子量为300-400。
在本发明的处理剂中，优选地，采用的聚乙烯醇的粘均分子量为16000-20000。
在本发明的处理剂中，优选地，采用的氰酸脂类单体为聚异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和己二异氰酸酯中的一种或两种的组合。
在本发明的处理剂中，优选地，采用的丙酸类单体为2,2-双(羟甲基)丙酸、(R)-3-溴-2-羟基-2-甲基丙酸和α-甲基乙酰丙酸中的一种或两种的组合。
在本发明的处理剂中，优选地，采用的多巴胺为6-羟基多巴胺和/或盐酸多巴胺。
在本发明的处理剂中，优选地，采用的有机胺为2-羟基三乙胺、三乙胺、2-环己基乙胺中的一种或两种的组合。
在本发明的处理剂中，优选地，采用的粘土粉的粒径为200目-300目。
在本发明的处理剂中，优选地，采用的石膏粉的粒径为200目-300目。
本发明还提供了一种水基钻井液钻屑的处理剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
在200rpm-300rpm的转速、氮气保护的条件下，向水中先后加入醇类单体和氰酸脂类单体，在60℃-80℃下反应4h-6h，得到预聚物；
在400rpm-500rpm的转速、氮气保护的条件下，向预聚物中加入丙酸类单体，60℃-80℃下反应5h-8h，得到无色透明粘稠液体；
将无色透明粘稠液体冷却至室温，然后冷却至0℃，3000r/min-5000r/min的搅拌速度下加入多巴胺、二环己基碳二亚胺和有机胺，20℃-25℃下反应24-36h，得到黄色透明液体；
洗涤黄色透明液体，得到固体，在100℃-105℃下干燥6h后，粉碎过200目筛(便于与其他原料混合更充分)，得到中间产品；
将中间产品与粘土粉和石膏粉混合，得到水基钻井液钻屑的处理剂。
在本发明的制备方法中，优选地，洗涤所述黄色透明液体时，采用质量浓度为8％-12％的盐酸水溶液洗涤。
本发明的钻井液钻屑的处理剂的制备方法具体包括以下步骤：
在200rpm-300rpm的转速、氮气保护的条件下，向200mL-300mL的水中先后加入21g-37g的醇类单体和12g-18g的氰酸脂类单体，在60℃-80℃下反应4h-6h，得到预聚物；
在400rpm-500rpm的转速、氮气保护的条件下，向预聚物中加入32g-45g的丙酸类单体，60℃-80℃下反应5h-8h，得到无色透明粘稠液体；
将无色透明粘稠液体自然冷却至室温，然后放入冰箱中冷却至0℃，3000r/min-5000r/min的搅拌速度下加入6g-9g的多巴胺、1.5g-3.0g的二环己基碳二亚胺和0.5g-1.0g的有机胺，20℃-25℃下反应24-36h，得到黄色透明液体；
洗涤黄色透明液体，沉淀得到固体，在100℃-105℃下干燥6h后，粉碎过200目筛，得到中间产品；
将中间产品与粘土粉和石膏粉混合，得到水基钻井液钻屑的处理剂，其中，中间产品的添加量为70wt％-85wt％，粘土粉的添加量为10wt％-20wt％，石膏粉的添加量为5wt％-10wt％。
本发明的水基钻井液钻屑处理剂处理的是高性能的水基钻井液，高性能的水基钻井液具有类似油基钻井液的性能，具有高抑制性、高封堵性、高润滑性。
本发明的钻井液钻屑的处理剂的固化效果好。利用本发明的处理剂处理后的资源化产品可满足JTGD 30-2015《公路路基设计规范》三、四级公路CBR值(加州承载比，California bearing ratio)，塑性指数等指标要求。
本发明的钻井液钻屑的处理剂的添加量小。与现有的普通水基钻井废弃物和高性能水基钻井废弃物的处理剂相比，本发明的处理剂的添加量可以降低50％以上，本发明的处理剂的添加总量为5％-10％(现有的普通水基钻井废弃物处理使用的药剂加入总量20％以上)。
本发明的钻井液钻屑的处理剂的适用强。对国内主要的高性能水基钻井液(有机胺类抑制剂、铝基类抑制剂等)钻井产生的钻屑均具有较好的固化效果，并可适应多种不同岩性高性能水基钻屑的资源化处理。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种钻井液钻屑的处理剂，其是按照以下步骤制备得到的：
(1)在500mL的三口烧瓶中(分别插入冷凝管、通N2、搅拌桨)，加入200mL自来水，烧瓶放入到电加热套中，开启搅拌器，搅拌速度200rpm，并通入N2；
(2)边搅拌边先后加入24g的粘均分子量为300的聚乙二醇和14g的异佛尔酮二异氰酸酯，65℃下反应4h，得到预聚物；
(3)继续搅拌，搅拌速度400rpm，在预聚物中加入36g的2,2-双(羟甲基)丙酸，通入N2，65℃下反应6h，得到无色透明粘稠液体；
(4)将装有无色透明粘稠液体的烧瓶自然冷却到室温，放入冰箱，进一步冷却至0℃后，边搅拌边加入6.5g盐酸多巴胺，再分别加入2.2g的二环己基碳二亚胺(DCC)和0.6g的2-羟基三乙胺，室温(20℃-25℃)下反应24h，得到黄色透明液体；
(5)黄色透明液体用8％的盐酸水溶液洗涤和沉淀3-5次，沉淀得到的固体在100-105℃下干燥6h后，粉碎过200目筛，得到中间产品；
(6)将80wt％中间产品、10wt％粒径为200目的粘土粉和10wt％粒径为200目的石膏粉，均匀混合后得到处理剂。
实施例2
本实施例提供了一种钻井液钻屑的处理剂，其是按照以下步骤制备得到的：
(1)在500mL的三口烧瓶中(分别插入冷凝管、通N2、搅拌桨)，加入250mL自来水，烧瓶放入到电加热套中，开启搅拌器，搅拌速度200rpm，并通入N2；
(2)边搅拌边先后加入15g粘均分子量为400的聚丙二醇、15g粘均分子量为400的聚乙二醇和16g粘均分子量为12000的聚异氰酸酯，75℃下反应5.5h，得到预聚物；
(3)继续搅拌，搅拌速度500rpm，在预聚物中加入45g的(R)-3-溴-2-羟基-2-甲基丙酸，通入N2，75℃下反应8h，得到无色透明粘稠液体；
(4)将装有无色透明粘稠液体的烧瓶自然冷却到室温，放入冰箱，进一步冷却至0℃后，边搅拌边加入4.5g的N-甲基多巴胺和3g的6-羟基多巴胺，再分别加入3.0g的二环己基碳二亚胺(DCC)和0.75g的三乙胺，室温(20℃-25℃)下反应30h，得到黄色透明液体；
(5)黄色透明液体用10％的盐酸水溶液洗涤和沉淀3-5次，沉淀得到的固体在100-105℃下干燥6h后，粉碎过200目筛，得到中间产品；
(6)将75wt％中间产品、20wt％粒径为200目的粘土粉和5wt％粒径为300目的石膏粉，均匀混合后得到处理剂。
实施例3
本实施例提供了一种钻井液钻屑的处理剂，其是按照以下步骤制备得到的：
(1)在500mL的三口烧瓶中(分别插入冷凝管、通N2、搅拌桨)，加入200mL自来水，烧瓶放入到电加热套中，开启搅拌器，搅拌速度300rpm，并通入N2；
(2)边搅拌边先后加入28g粘均分子量为16000的聚乙烯醇、10g己二异氰酸酯和8g粘均分子量为12000的聚异氰酸酯，反应温度70℃，反应时间6h，得到预聚物；
(3)继续搅拌，搅拌速度400rpm，在预聚物中加入40g的α-甲基乙酰丙酸，通入N2，80℃下反应5h，得到无色透明粘稠液体；
(4)将装有无色透明粘稠液体的烧瓶自然冷却到室温，放入冰箱，进一步冷却至0℃后，边搅拌边加入8g盐酸多巴胺，再分别加入2.4g二环己基碳二亚胺(DCC)和0.8g的三乙胺，室温(20℃-25℃)下反应24h，得到黄色透明液体；
(5)黄色透明液体用8％的盐酸水溶液洗涤和沉淀3-5次，沉淀得到的固体在100-105℃下干燥6h后，粉碎过200目筛，得到中间产品；
(6)将85wt％中间产品、10wt％粒径为300目的粘土粉和5wt％粒径为300目的石膏粉，均匀混合后得到处理剂。
实施例4
本实施例对实施例1-实施例3的钻井液钻屑的处理剂进行了评价。
(1)铺路基土性质评价
按照JTGD 30-2015《公路路基设计规范》测试28d成型样品的CBR值(加州承载比，California bearing ratio)，塑性指数等参数。
(2)资源化产品污染特性评价
主要分析资源化产品浸出液中的重金属、石油类、COD、色度及pH值等。均依照相应国标或行标方法：重金属检测依照GB 7475-87《水质铜、锌、铅、镉的测定原子吸收分光光度法》；石油类检测依照GB/T 16488－1996《水质石油类和动植物油的测定》，COD检测依照HJ/T 399-2007《化学需氧量的测定快速消解分光光度法》，色度检测依照GB 11903-89《水质色度的测定》，pH值检测依照GB/T 6920-86《水质pH值的测定玻璃电极法》。
实施例产品评价结果
(1)选取西南油气田某页岩气区块高性能水基钻屑为研究对象，处理剂加量均为5wt％(占钻屑总质量)对实施例1-3的处理剂制备的铺路基土性质评价结果见表1，资源化产品浸出液污染特性评价结果见表2。
表1实施例资源化产品建材指标检测结果
项目 实施例1 实施例2 实施例3 标准
CBR(％) 7.6 7.3 8.5 ≥3
塑性指数 17.8 18.2 15.6 ≤26
经测试，实施例制得的铺路基土CBR值和塑性指数均满足JTGD 30-2015《公路路基设计规范》标准要求。
表2实施例1-3资源化产品浸出液检测结果
项目 实施例1 实施例2 实施例3 标准*
COD(mg/L) 41.2 48.2 41.6 ≤100
色度 2 3 3 ≤50
pH值 7.92 8.38 7.66 6～9
石油类(mg/L) 0.01 0.01 0.01 ≤5
Cr(mg/L) 0.012 0.033 0.026 ≤1.5
Cd(mg/L) 未检出 未检出 0.009 ≤0.1
Pb(mg/L) 未检出 未检出 未检出 ≤1.0
As(mg/L) 未检出 未检出 未检出 ≤0.5
Hg(mg/L) 未检出 未检出 未检出 ≤0.05
Zn(mg/L) 未检出 未检出 未检出 ≤2.0
表2可以看出，高性能水基钻井液钻屑经实施例1-3的处理剂处理后，制备的资源化产品的浸出液的主要环保指标，COD、石油类、重金属、色度等，均达到了GB8978-1996《国家污水综合排放标准》一级要求。
(2)选取浙江昭通某页岩气区块高性能水基钻屑为研究对象，处理剂加量均为5％(wt％，占钻屑总质量)对实施例1-3的处理剂制备的铺路基土性质评价结果见表3，资源化产品浸出液污染特性评价结果见表4。
表3实施例资源化产品建材指标检测结果
项目 实施例1 实施例2 实施例3 标准
CBR(％) 8.1 7.9 8.3 ≥3
塑性指数 15.9 17.0 18.2 ≤26
经测试，实施例制得的铺路基土CBR值和塑性指数均满足JTGD 30-2015《公路路基设计规范》标准要求。
表4实施例1-3资源化产品浸出液检测结果
项目 实施例1 实施例2 实施例3 标准*
COD(mg/L) 40.2 41.5 40.9 ≤100
色度 4 4 4 ≤50
pH值 8.01 8.45 7.98 6～9
石油类(mg/L) 0.01 0.01 0.01 ≤5
Cr(mg/L) 0.031 0.027 0.015 ≤1.5
Cd(mg/L) 未检出 未检出 0.009 ≤0.1
Pb(mg/L) 未检出 未检出 未检出 ≤1.0
As(mg/L) 未检出 未检出 未检出 ≤0.5
Hg(mg/L) 未检出 未检出 未检出 ≤0.05
Zn(mg/L) 未检出 未检出 未检出 ≤2.0
表4可以看出，高性能水基钻井液钻屑经实施例1-3的处理剂处理后，制备的资源化产品的浸出液的主要环保指标，COD、石油类、重金属、色度等，均达到了GB8978-1996《国家污水综合排放标准》一级要求。以上实施例说明，本发明的钻井液钻屑的处理剂的添加量低、固化效果好且适用性强。

Claims (10)

1.一种水基钻井液钻屑的处理剂，其特征在于，以该水基钻井液钻屑的处理剂各原料的总质量为100％计，该水基钻井液钻屑的处理剂的原料组成为：70wt％-85wt％的中间产品、10wt％-20wt％的粘土粉和5wt％-10wt％的石膏粉；
所述中间产品的原料组成为：200mL-300mL的水、21g-37g的醇类单体、12g-18g的氰酸酯类单体、32g-45g的丙酸类单体、6g-9g的多巴胺、1.5g-3.0g的二环己基碳二亚胺、0.5g-1.0g的有机胺；
所述水基钻井液钻屑的处理剂是按照以下步骤制备得到的：
在200rpm-300rpm的转速、氮气保护的条件下，向水中先后加入醇类单体和氰酸酯类单体，在60℃-80℃下反应4h-6h，得到预聚物；
在400rpm-500rpm的转速、氮气保护的条件下，向所述预聚物中加入丙酸类单体，60℃-80℃下反应5h-8h，得到无色透明粘稠液体；
将所述无色透明粘稠液体冷却至室温，然后冷却至0℃，3000r/min-5000r/min的搅拌速度下加入多巴胺、二环己基碳二亚胺和有机胺，20℃-25℃下反应24-36h，得到黄色透明液体；
洗涤所述黄色透明液体，得到固体，在100℃-105℃下干燥6h后，粉碎过200目筛，得到中间产品；
将所述中间产品与粘土粉和石膏粉混合，得到水基钻井液钻屑的处理剂。
2.根据权利要求1所述的处理剂，其特征在于，所述醇类单体为聚乙二醇、聚丙二醇和聚乙烯醇中的一种或两种的组合。
3.根据权利要求2所述的处理剂，其特征在于，所述聚乙二醇的粘均分子量为300-400；所述聚丙二醇的粘均分子量为300-400；所述聚乙烯醇的粘均分子量为16000-20000。
4.根据权利要求1所述的处理剂，其特征在于，所述氰酸酯类单体为聚异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和己二异氰酸酯中的一种或两种的组合。
5.根据权利要求1所述的处理剂，其特征在于，所述丙酸类单体为2,2-双(羟甲基)丙酸、(R)-3-溴-2-羟基-2-甲基丙酸和α-甲基乙酰丙酸中的一种或两种的组合。
6.根据权利要求1所述的处理剂，其特征在于，所述多巴胺为6-羟基多巴胺和/或盐酸多巴胺。
7.根据权利要求1所述的处理剂，其特征在于，所述有机胺为2-羟基三乙胺、三乙胺、2-环己基乙胺中的一种或两种的组合。
8.根据权利要求1所述的处理剂，其特征在于，所述粘土粉的粒径为200目-300目；所述石膏粉的粒径为200目-300目。
9.权利要求1-8任一项所述的处理剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
在200rpm-300rpm的转速、氮气保护的条件下，向水中先后加入醇类单体和氰酸酯类单体，在60℃-80℃下反应4h-6h，得到预聚物；
在400rpm-500rpm的转速、氮气保护的条件下，向所述预聚物中加入丙酸类单体，60℃-80℃下反应5h-8h，得到无色透明粘稠液体；
将所述无色透明粘稠液体冷却至室温，然后冷却至0℃，3000r/min-5000r/min的搅拌速度下加入多巴胺、二环己基碳二亚胺和有机胺，20℃-25℃下反应24-36h，得到黄色透明液体；
洗涤所述黄色透明液体，得到固体，在100℃-105℃下干燥6h后，粉碎过200目筛，得到中间产品；
将所述中间产品与粘土粉和石膏粉混合，得到水基钻井液钻屑的处理剂。
10.权利要求9所述的制备方法，其特征在于，洗涤所述黄色透明液体时，采用质量浓度为8％-12％的盐酸水溶液洗涤。
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