CN109999400A - 一种环保泥浆大分子断裂剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种环保泥浆大分子断裂剂，按照重量份100份计，由以下重量份的原料组成：过氧化物25‑45份、助溶剂1‑5份，激活剂10‑25份，降解剂15‑28份，聚磷硫酸铁0.5‑5份、偏铝酸钠0.3‑3份，其余为水；其中，所述激活剂由醋酸锰20‑35份、醋酸锌10‑20份、乙酸亚铁10‑20份、辛酸亚锡15‑25份中的至少两种，与油酸镍25‑60份混合组成；同时，本发明还公开了所述断裂剂的制备方法。本发明制备的断裂剂能够在2h内将油气田钻井废弃残液彻底水化，完全降解，使其粘度小于5mPa•s，能够解决传统化学处理中钻井液废弃物粘稠物质的稳定性问题。

Description

一种环保泥浆大分子断裂剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于废弃钻井液处理技术领域，具体涉及一种环保泥浆大分子断裂剂及其制备方法与应用。
背景技术
钻井废弃液是油气田开发过程中主要的污染源之一，是一种含粘土、加重材料、各种化学处理剂、污水、污油及钻屑的多相稳态胶体悬浮体系，其主要包括钻屑（或称岩屑）、钻井废水（设备冲洗、圆井溢出、跑冒滴漏等液体）、废弃钻井液（钻井过程中替换排放、钻屑携带、各阶段固井后顶替、完井后循环罐内等钻井过程中不再参与井下循环的钻井液）。
随着钻井深度增加和难度加大，钻井液中加入的化学添加剂的种类和数量也越来越多，使得其废弃物的成分也变得越来越复杂。钻井废弃液危害环境的主要成分是烃类、盐类、各种聚合物、某些金属离子及重晶石中的杂质，将对土壤、地表和地下水产生污染，对环境造成影响和破坏，直接或间接对动植物及人类健康产生危害，所以对废弃钻井液的无害化处理日益受到重视。
由于钻井泥浆中加入了大量护胶剂、聚合物等大分子物质，使得钻井废弃液普遍具有良好的胶体稳定性，致使其粘度较大，出现钻井液废弃物粘稠物质的稳定性问题。国内常用无机酸、强氧化剂、高价金属盐等无机类以及磺酸、柠檬酸、草酸等有机类对钻井废弃液进行处理，其存在反应时间长、残留物多、没有实现工业化应用、大分子不能完全实现降解等问题。因此，在目前国家大力提倡绿色环保，节能减排的环境下，急需研发一种环保的泥浆大分子断裂剂，这对于研究钻井废弃液的大分子断裂、破胶以及降解处理有着极其重要的意义，废弃钻井液实现固液分离后有利于其后续的循环利用处理。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种环保泥浆大分子断裂剂及其制备方法与应用，所述断裂剂能够在2h内将油气田钻井废弃残液彻底水化，完全降解，使其粘度小于5mPa•s。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种环保泥浆大分子断裂剂，按照重量份100份计，由以下重量份的原料组成：过氧化物25-45份、助溶剂1-5份，激活剂10-25份，降解剂15-28份，聚磷硫酸铁0.5-5份、偏铝酸钠0.3-3份，其余为水；
其中，所述激活剂由醋酸锰20-35份、醋酸锌10-20份、乙酸亚铁10-20份、辛酸亚锡15-25份中的至少两种，与油酸镍25-60份混合组成。
优选地，按照重量份100份计，所述降解剂由以下重量份的原料组成：异丙醇10-25份、表面活性剂5-10份、磺酸5-20份、过硫酸钾30-50份、水18-23份。
优选地，所述表面活性剂为木质素磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十四烷基二甲基甜菜碱中任意两种。
优选地，所述过氧化物由过氧化钠25-30份、过氧化氢25-35份、过硫酸钠10-20份中的至少两种，与过氧化钾30-50份组成。
优选地，所述助溶剂为异辛醇、苯甲酸钠、乙酰胺中的任意一种或任意两种。
所述环保泥浆大分子断裂剂的制备方法，包含以下步骤：按照重量份称取所述断裂剂中的各原料，将水加热至30-40℃，在搅拌状态下，将其中依次加入助溶剂、过氧化物反应1h，然后升温至50℃，再依次加入激活剂、降解剂，反应1h，最后加入聚磷硫酸铁、偏铝酸钠，反应30-60min，即可。
优选地，所述环保泥浆大分子断裂剂的制备方法，包含以下步骤：
（1）制备降解剂：按照重量份称取降解剂的各原料，将降解剂中的水升温至30℃，在搅拌状态下，向其中依次加入异丙醇、表面活性剂，然后升温至40℃，反应0.5-1h，再向其中加入磺酸、过硫酸钾，反应1-2h，即得降解剂；
（2）制备断裂剂：按照重量份称取所述断裂剂的各原料，将断裂剂中的水加热至30-40℃，在搅拌状态下，将其中依次加入助溶剂、过氧化物反应1h，然后升温至50℃，再依次加入激活剂、降解剂，反应1h，最后加入聚磷硫酸铁、偏铝酸钠，反应30-60min，即可。
所述断裂剂在油气田钻井废弃液处理中的应用，具体为：将所述断裂剂加入油气田钻井废弃液中，所述断裂剂的加入量为钻井废弃液总重量的0.05%-0.2%。
本发明中所述任意两种是指任意配比的两种。
本发明的优点：
本发明制备的断裂剂能够在2h内将油气田钻井废弃残液彻底水化，完全降解，使其粘度小于5mPa•s，能够解决传统化学处理中钻井液废弃物粘稠物质的稳定性问题，使包裹在泥浆中的固相颗粒及悬浮物失稳，快速实现固相、水及油类完全分离。且该断裂剂无生物毒性、可生物降解，属于环保型产品。降解水化后的废弃钻井液可以继续进行后续循环利用处理，有利于节能减排和保护环境。
具体实施方式
实施例1
1. 一种环保泥浆大分子断裂剂，按照重量份100份计，由以下重量份的原料组成：过氧化物25份、助溶剂4份，激活剂20份，降解剂28份，聚磷硫酸铁0.5份、偏铝酸钠3份，水19.5份；
其中，所述激活剂由醋酸锰、醋酸锌、油酸镍按照质量比35：15：50混合组成；
所述降解剂由异丙醇、表面活性剂、磺酸、过硫酸钾、水按照质量比25：10：15：30：20组成，所述表面活性剂由木质素磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠按照质量比1:1混合组成；
所述过氧化物由过氧化氢、过硫酸钠、过氧化钾按照质量比35：20：45混合组成；
所述助溶剂为异辛醇；
2. 所述环保泥浆大分子断裂剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备降解剂：按照重量份称取降解剂的各原料，将水升温至30℃，在搅拌状态下，向其中依次加入异丙醇、表面活性剂，然后升温至40℃，反应0.5h，再向其中加入磺酸、过硫酸钾，反应2h，即得降解剂；
（2）制备断裂剂：按照重量份称取所述断裂剂的各原料，将水加热至30℃，在搅拌状态下，向其中依次加入助溶剂、过氧化物反应1h，然后升温至50℃，再依次加入激活剂、降解剂，反应1h，最后加入聚磷硫酸铁、偏铝酸钠，反应60min，即可。
实施例2
1. 一种环保泥浆大分子断裂剂，按照重量份100份计，由以下重量份的原料组成：过氧化物30份、助溶剂5份，激活剂25份，降解剂15份，聚磷硫酸铁5份、偏铝酸钠0.3份，水19.7份；
其中，所述激活剂由醋酸锌、乙酸亚铁、油酸镍按照质量比20：20：60混合组成；
所述降解剂由异丙醇、表面活性剂、磺酸、过硫酸钾、水按照质量比20：7：20：35：18组成；所述表面活性剂由木质素磺酸钠、十四烷基二甲基甜菜碱按照质量比4:3混合组成；
所述过氧化物由过氧化钠、过硫酸钠、过氧化钾按照质量比30：20：50混合组成；
所述助溶剂为苯甲酸钠；
2. 所述环保泥浆大分子断裂剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备降解剂：按照重量份称取降解剂的各原料，将水升温至30℃，在搅拌状态下，向其中依次加入异丙醇、表面活性剂，然后升温至40℃，反应1h，再向其中加入磺酸、过硫酸钾，反应1.5h，即得降解剂；
（2）制备断裂剂：按照重量份称取所述断裂剂的各原料，将水加热至35℃，在搅拌状态下，向其中依次加入助溶剂、过氧化物反应1h，然后升温至50℃，再依次加入激活剂、降解剂，反应1h，最后加入聚磷硫酸铁、偏铝酸钠，反应45min，即可。
实施例3
1. 一种环保泥浆大分子断裂剂，按照重量份100份计，由以下重量份的原料组成：过氧化物35份、助溶剂3份，激活剂12份，降解剂25份，聚磷硫酸铁1份、偏铝酸钠2份，水22份；
其中，所述激活剂由醋酸锰、乙酸亚铁、辛酸亚锡、油酸镍按照质量比20：20：25：35混合组成；
所述降解剂由异丙醇、表面活性剂、磺酸、过硫酸钾、水按照质量比15：8：18：40：19组成；所述表面活性剂由十二烷基苯磺酸钠、十四烷基二甲基甜菜碱按照质量比3:1混合组成；
所述过氧化物由过氧化钠、过氧化氢、过氧化钾按照质量比30：35：35混合组成；
所述助溶剂为乙酰胺；
2. 所述环保泥浆大分子断裂剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备降解剂：按照重量份称取降解剂的各原料，将水升温至30℃，在搅拌状态下，向其中依次加入异丙醇、表面活性剂，然后升温至40℃，反应0.5h，再向其中加入磺酸、过硫酸钾，反应2h，即得降解剂；
（2）制备断裂剂：按照重量份称取所述断裂剂的各原料，将水加热至40℃，在搅拌状态下，向其中依次加入助溶剂、过氧化物反应1h，然后升温至50℃，再依次加入激活剂、降解剂，反应1h，最后加入聚磷硫酸铁、偏铝酸钠，反应30min，即可。
实施例4
1. 一种环保泥浆大分子断裂剂，按照重量份100份计，由以下重量份的原料组成：过氧化物40份、助溶剂1份，激活剂20份，降解剂15份，聚磷硫酸铁2份、偏铝酸钠3份，水19份；
其中，所述激活剂由醋酸锰、醋酸锌、辛酸亚锡、油酸镍按照质量比30：10：20：40混合组成；
所述降解剂由以下重量份的原料组成：异丙醇、表面活性剂、磺酸、过硫酸钾、水按照质量比19：9：5：45：22组成；所述表面活性剂由木质素磺酸钠、十四烷基二甲基甜菜碱按照质量比4:5混合组成；
所述过氧化物由过氧化钠、过氧化氢、过硫酸钠、过氧化钾按照质量比25：30：15：30混合组成；
所述助溶剂为异辛醇、苯甲酸钠按照质量比3:2混合组成；
2. 所述环保泥浆大分子断裂剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备降解剂：按照重量份称取降解剂的各原料，将水升温至30℃，在搅拌状态下，向其中依次加入异丙醇、表面活性剂，然后升温至40℃，反应0.5h，再向其中加入磺酸、过硫酸钾，反应1.5h，即得降解剂；
（2）制备断裂剂：按照重量份称取所述断裂剂的各原料，将水加热至32℃，在搅拌状态下，向其中依次加入助溶剂、过氧化物反应1h，然后升温至50℃，再依次加入激活剂、降解剂，反应1h，最后加入聚磷硫酸铁、偏铝酸钠，反应60min，即可。
实施例5
1. 一种环保泥浆大分子断裂剂，按照重量份100份计，由以下重量份的原料组成：过氧化物45份、助溶剂2份，激活剂10份，降解剂20份，聚磷硫酸铁1.5份、偏铝酸钠2.5份，水19份；
其中，所述激活剂由醋酸锰、醋酸锌、乙酸亚铁、辛酸亚锡、油酸镍按照质量比35：15：10：15：25混合组成；
所述降解剂由以下重量份的原料组成：异丙醇、表面活性剂、磺酸、过硫酸钾、水按照质量比10：5：12：50：23组成；所述表面活性剂由木质素磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠按照质量比3:2混合组成；
所述过氧化物由过氧化钠、过氧化氢、过硫酸钠、过氧化钾按照质量比25：25：10：40混合组成；
所述助溶剂为苯甲酸钠、乙酰胺按照质量比3:7混合组成；
2. 所述环保泥浆大分子断裂剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备降解剂：按照重量份称取降解剂的各原料，将水升温至38℃，在搅拌状态下，向其中依次加入异丙醇、表面活性剂，然后升温至40℃，反应1h，再向其中加入磺酸、过硫酸钾，反应2h，即得降解剂；
（2）制备断裂剂：按照重量份称取所述断裂剂的各原料，将水加热至38℃，在搅拌状态下，向其中依次加入助溶剂、过氧化物反应1h，然后升温至50℃，再依次加入激活剂、降解剂，反应1h，最后加入聚磷硫酸铁、偏铝酸钠，反应45min，即可。
对照例
每个实施例分别设置3个对比例，分别为不添加聚磷硫酸铁、不添加偏铝酸钠、同时不添加聚磷硫酸铁和偏铝酸钠，不足重量份100份的由水补齐至100份，其他同对应的实施例相同，各对比例的原料组分见表1；
表1 各对比例的原料组分
一. 应用
在延长油田不同区域取了4种钻井废弃液样品，样品颜色均为黑棕色，废弃钻井液含有多种残留化学处理剂外，还有粘土和悬浮的细小铁屑等固相颗粒，有的甚至还混有少量原油，其中：
1#钻井废弃液：其主要处理剂有KPAM(聚丙烯钾盐)、80A51(丙烯酸钠-丙烯酰胺共聚物)、NH4-PAN(水解聚丙烯腈铵盐)、DLSAS(磺化沥青)、QS-2(超细碳酸钙)；
2#钻井废弃液：其主要处理剂有80A51(丙烯酸钠-丙烯酰胺共聚物)、PAC141(丙烯酸-丙烯酸钠-丙烯酰胺)、HPAN(水解聚丙烯氰)、DLSAS(磺化沥青)、QS-2(超细碳酸钙)；
3#钻井废弃液：其主要处理剂有PAC141(丙烯酸-丙烯酸钠-丙烯酰胺)、CMC(羧甲基纤维素)、HPAM(水解聚丙烯酰胺)、DLSAS(磺化沥青)、QS-2(超细碳酸钙)、原油；
4#钻井废弃液：其主要处理剂有80A51(丙烯酸钠-丙烯酰胺共聚物)、CMC(羧甲基纤维素)、K-PAM(聚丙烯酰胺钾盐)、DLSAS(磺化沥青)、QS-2(超细碳酸钙)、原油。
将实施例1-5和对照例中的断裂剂加入到钻井废弃液中进行实验，断裂剂的加入量为钻井废弃液总重量的0.05%-0.2%，降解水化1.5h后粘度结果如表2。
表2 粘度变化
从表2中可知，实施例1-5所制备的断裂剂加入到4种钻井废弃液中，能够在1.5h后使粘度非常大的聚合物溶液的粘度降低到5.0mPa·s以下，而对比例的断裂剂加入到4种钻井废弃液中后，粘度降低程度较小，效果较差。而且，当断裂剂加入到3#钻井废弃液和4#钻井废弃液中时，出现上、中、下分层现象，上层为黑色的油及其他物质，中间层为清亮水，底层为粘土矿物，说明能够让包裹在泥浆中的固相颗粒、水及油类完全分离。同时，从对照例可看出，聚磷硫酸铁、偏铝酸钠的添加，对降低钻井废弃液的粘度具有协同增效的作用。

Claims (8)

1.一种环保泥浆大分子断裂剂，其特征在于：按照重量份100份计，由以下重量份的原料组成：过氧化物25-45份、助溶剂1-5份，激活剂10-25份，降解剂15-28份，聚磷硫酸铁0.5-5份、偏铝酸钠0.3-3份，其余为水；
其中，所述激活剂由醋酸锰20-35份、醋酸锌10-20份、乙酸亚铁10-20份、辛酸亚锡15-25份中的至少两种，与油酸镍25-60份混合组成。
2.根据权利要求1所述环保泥浆大分子断裂剂，其特征在于：按照重量份100份计，所述降解剂由以下重量份的原料组成：异丙醇10-25份、表面活性剂5-10份、磺酸5-20份、过硫酸钾30-50份、水18-23份。
3.根据权利要求2所述环保泥浆大分子断裂剂，其特征在于：所述表面活性剂为木质素磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十四烷基二甲基甜菜碱中任意两种。
4.根据权利要求1所述环保泥浆大分子断裂剂，其特征在于：所述过氧化物由过氧化钠25-30份、过氧化氢25-35份、过硫酸钠10-20份中的至少两种，与过氧化钾30-50份混合组成。
5.根据权利要求1所述环保泥浆大分子断裂剂，其特征在于：所述助溶剂为异辛醇、苯甲酸钠、乙酰胺中的任意一种或任意两种。
6.权利要求1所述环保泥浆大分子断裂剂的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：按照重量份称取所述断裂剂中的各原料，将水加热至30-40℃，在搅拌状态下，将其中依次加入助溶剂、过氧化物反应1h，然后升温至50℃，再依次加入激活剂、降解剂，反应1h，最后加入聚磷硫酸铁、偏铝酸钠，反应30-60min，即可。
7.权利要求2或3所述环保泥浆大分子断裂剂的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：
（1）制备降解剂：按照重量份称取降解剂的各原料，将降解剂中的水升温至30℃，在搅拌状态下，向其中依次加入异丙醇、表面活性剂，然后升温至40℃，反应0.5-1h，再向其中加入磺酸、过硫酸钾，反应1-2h，即得降解剂；
（2）制备断裂剂：按照重量份称取所述断裂剂的各原料，将断裂剂中的水加热至30-40℃，在搅拌状态下，将其中依次加入助溶剂、过氧化物反应1h，然后升温至50℃，再依次加入激活剂、降解剂，反应1h，最后加入聚磷硫酸铁、偏铝酸钠，反应30-60min，即可。
8.权利要求1-5任一项所述断裂剂在油气田钻井废弃液处理中的应用，其特征在于：所述应用为将所述断裂剂加入油气田钻井废弃液中，所述断裂剂的加入量为钻井废弃液总重量的0.05%-0.2%。
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