CN112063374A - 一种封堵剂 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种封堵剂，所述封堵剂的原料按重量份计包括：30份至70份农副产品加工废料、20份至30份封堵聚合物、5份至20份碳酸钙和2份至8份除氧剂；本申请提供的封堵剂通过食物的废弃物并辅以少量聚合物，即得到主要对环境及生态无影响的环保封堵剂。本申请提供的封堵剂应用于水基钻井液体系，以提高水基钻井液的封堵能力，并能够有效适用于环境敏感区域作业。
Description
技术领域
本文涉及但不限于石油天然气开采领域，尤其涉及但不限于一种封堵剂。
背景技术
随着国家海洋环境保护力度的逐渐加大，对海洋石油钻采领域的环保要求也越来越高。常规钻井液添加剂大多不可降解，对环境和人类有害。
钻井液是由一种基液和各种具有特定功能的固体和可溶性添加剂组成，以获得良好的钻井性能，钻井液的性能直接影响钻井的整体效率。在环境敏感区域，由于油基钻井液具有高毒性，一旦发生漏失，对环境的影响极其恶劣，所以其使用范围要低于水基钻井液。
水基钻井液中的添加剂种类多样，封堵剂就是水基钻井液中的一种，其加量较大，并且种类丰富，一般包括沥青类、石蜡类和多元醇类等，但这些封堵剂难以降解，不能使用在环境敏感区域。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制本申请的保护范围。
本申请提供了一种以食物为主要原料的环保封堵剂，通过食物的废弃物并辅以少量聚合物，即得到主要对环境及生态无影响的环保封堵剂。本申请提供的封堵剂应用于水基钻井液体系，以提高水基钻井液的封堵能力，并能够有效适用于环境敏感区域作业。
本申请提供了一种封堵剂，所述封堵剂的原料按重量份计包括：30份至70份农副产品加工废料、20份至30份封堵聚合物、5份至20份碳酸钙和2份至8份除氧剂；
可选地，所述封堵剂的原料按重量份计包括：60份农副产品加工废料、25份封堵聚合物、10份碳酸钙和5份除氧剂。
在本申请提供的实施方式中，所述农副产品加工废料的制备方法为将农副产品加工废料切成碎片后干燥；
在本申请提供的实施方式中，可选地，所述干燥为放置于90℃至100℃的环境中干燥5天至10天，最后经粉碎机粉碎制得；
在本申请提供的实施方式中，可选地，所述干燥为放置于93℃至97℃的环境中干燥5天。
在本申请提供的实施方式中，所述农副产品加工废料选自土豆皮粉、香蕉皮粉、玉米芯粉、麸皮粉和甘蔗渣粉中的任一种或更多种。
在本申请提供的实施方式中，所述封堵聚合物由两种单体聚合而成，第一单体分子结构式如下：
式中，R1为H，CH3，C2H5，Cl，NH2；R2为H，CH3，C2H5，Cl，NH2；第二单体分子结构式如下：
式中R1为H，CH3，C2H5，Cl，NH2；R2为H，C6H6，CH3，C2H5，Cl，NH2；R3为H，CH3，C2H5，C3H7，C4H9。
在本申请提供的实施方式中，可选地，所述封堵聚合物的选自聚乙烯-醋酸乙烯酯、聚氯乙烯-醋酸乙烯酯、聚苯乙烯-醋酸乙烯酯、聚乙烯-丙烯酸甲酯、聚乙烯-丙烯酸乙酯、聚乙烯丙烯酸异丙酯、聚乙烯丙烯酸丁酯、聚苯乙烯-丙烯酸甲酯、聚苯乙烯-丙烯酸乙酯、聚苯乙烯丙烯酸异丙酯、聚苯乙烯丙烯酸丁酯中的任一种或更多种。
在本申请提供的实施方式中，所述农副产品加工废料的粒度范围为40μm至75μm，所述封堵聚合物的粒度范围为50μm至900μm，所述碳酸钙的粒度为10μm至75μm。
在本申请提供的实施方式中，10μm至50μm粒径的碳酸钙与50μm至75μm粒径的碳酸钙的重量比为(1至40):(1至60)；
在本申请提供的实施方式中，可选地，40μm至55μm粒径的农副产品加工废料与55μm至75μm粒径的农副产品加工废料的重量比为(1至30):(1至70)；
在本申请提供的实施方式中，可选地，50μm至200μm粒径的封堵聚合物与200μm至550μm粒径的封堵聚合物与550μm至900μm粒径的封堵聚合物的重量比为(1至50):(1至30):(1至20)。
在本申请提供的实施方式中，所述除氧剂选自抗坏血酸类除氧剂、亚硫酸盐类除氧剂和葡萄糖类除氧剂中的任一种或更多种。
在本申请提供的实施方式中，所述除氧剂选自抗坏血酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和葡萄糖氧化酶中的任一种或更多种；
另一方面，本申请提供了上述的封堵剂在钻井液中的应用，所述封堵剂在钻井液中的用量为1g至3g封堵剂每100ml钻井液。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书中所描述的方案来发明实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本申请实施例及对比例砂床封堵实验(添加封堵剂)结果统计图；
图2为本申请实施例及对比例砂床封堵实验(清水实验)结果统计图；
图3为渗透封堵实验(400md)结果统计图；
图4为渗透封堵实验(2d)结果统计图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本申请实施例中提供了一种封堵剂，所述封堵剂的原料按重量份计包括：30份至70份农副产品加工废料、20份至30份封堵聚合物、5份至20份碳酸钙和2份至8份除氧剂；
在本申请实施例中，可选地，所述封堵剂的原料按重量份计包括：60份农副产品加工废料、25份封堵聚合物、10份碳酸钙和5份除氧剂。
在本申请实施例中，所述农副产品加工废料的制备方法为将农副产品加工废料切成碎片后干燥；
在本申请实施例中，可选地，所述干燥为放置于90℃至100℃的环境中干燥5天至10天，最后经粉碎机粉碎制得；
在本申请实施例中，可选地，所述干燥为放置于93℃至97℃的环境中干燥5天。
在本申请实施例中，所述农副产品加工废料选自土豆皮粉、香蕉皮粉、玉米芯粉、麸皮粉和甘蔗渣粉中的任一种或更多种。
在本申请实施例中，所述封堵聚合物由两种单体聚合而成，第一单体分子结构式如下：
式中，R1为H，CH3，C2H5，Cl，NH2；R2为H，CH3，C2H5，Cl，NH2；
第二单体分子结构式如下：
式中R1为H，CH3，C2H5，Cl，NH2；R2为H，C6H6，CH3，C2H5，Cl，NH2；R3为H，CH3，C2H5，C3H7，C4H9。
在本申请实施例中，m和n的比值为(1至1000):(1至1000)，优选地，m和n的比值为(1至50):(1至50)；
在本申请实施例中，可选地，所述封堵聚合物的选自聚乙烯-醋酸乙烯酯、聚氯乙烯-醋酸乙烯酯、聚苯乙烯-醋酸乙烯酯、聚乙烯-丙烯酸甲酯、聚乙烯-丙烯酸乙酯、聚乙烯丙烯酸异丙酯、聚乙烯丙烯酸丁酯、聚苯乙烯-丙烯酸甲酯、聚苯乙烯-丙烯酸乙酯、聚苯乙烯丙烯酸异丙酯、聚苯乙烯丙烯酸丁酯中的任一种或更多种。
在本申请实施例中，所述农副产品加工废料的粒度范围为40μm至75μm，所述封堵聚合物的粒度范围为50μm至900μm，所述碳酸钙的粒度为10μm至75μm。
在本申请实施例中，10μm至50μm粒径的碳酸钙与50μm至75μm粒径的碳酸钙的重量比为(1至40):(1至60)；
在本申请实施例中，可选地，40μm至55μm粒径的农副产品加工废料与55μm至75μm粒径的农副产品加工废料的重量比为(1至30):(1至70)；
在本申请实施例中，可选地，50μm至200μm粒径的封堵聚合物与200μm至550μm粒径的封堵聚合物与550μm至900μm粒径的封堵聚合物的重量比为(1至50):(1至30):(1至20)。
在本申请实施例中，所述除氧剂选自抗坏血酸类除氧剂、亚硫酸盐类除氧剂和葡萄糖类除氧剂中的任一种或更多种。
在本申请实施例中，所述除氧剂选自抗坏血酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和葡萄糖氧化酶中的任一种或更多种；
另一方面，本申请实施例提供了上述的封堵剂在钻井液中的应用，所述封堵剂在钻井液中的用量为1g至3g封堵剂每100ml钻井液。
在本申请实施例中，水基钻井液基浆的配制：量筒取400ml淡水置于浆杯中，在11000r/min转速下边搅拌边加入0.8g氢氧化钠、8g普通淀粉、1.6g黄原胶，58g氯化钠。
基浆配方中，氢氧化钠为市售实验室常用分析级产品。普通淀粉为天津中海油服化学有限公司所售产品。黄原胶为天津中海油服化学有限公司所售产品。氯化钠为市售实验室常用分析级产品。
实施例1
本实施例中，农副产品加工废料为土豆皮粉、香蕉皮粉和玉米芯粉，所述农副产品加工废料放置在95℃烘箱中干燥5天；所述土豆皮粉、香蕉皮粉和玉米芯粉的重量比为1:3:2。
本实施例中粒径为40μm至55μm的农副产品加工废料与粒径为55μm至75μm的农副产品加工废料的重量比为30:70；
粒径为50μm至200μm的封堵聚合物、粒径为200μm至550μm的封堵聚合物以及粒径为550μm至900μm的封堵聚合物的重量比为50:30:20；
粒径为10μm至50μm的碳酸钙与粒径为50μm至75μm的碳酸钙的重量比为40:60；
除氧剂为亚硫酸钠，购自国药集团，10020718牌号；
封堵聚合物为PF-SEAL，购自天津中海油服化学有限公司；
所述封堵聚合物由两种单体聚合而成，第一单体分子结构式如下：
式中，R1为NH2；R2为C2H5；
第二单体分子结构式如下：
式中R1为CH3；R2为C6H6；R3为C2H5。
所述封堵聚合物的重均分子量为100万至300万。
配制封堵剂，按重量份取60份农副产品加工废料、25份封堵聚合物粉、10份碳酸钙和5份除氧剂，配制好后取12g封堵剂加入400ml的水基钻井液基浆中，充分搅拌后备用。
实施例2
本实施例中，农副产品加工废料为土豆皮粉、香蕉皮粉和玉米芯粉，所述农副产品加工废料放置在95℃烘箱中干燥5天；所述土豆皮粉、香蕉皮粉和玉米芯粉的重量比为1:3:2。
本实施例中粒径为40μm至55μm的农副产品加工废料与粒径为55μm至75μm的农副产品加工废料的重量比为50:50；
粒径为50μm至200μm的封堵聚合物、粒径为200μm至550μm的封堵聚合物以及粒径为550μm至900μm的封堵聚合物的重量比为60:20:20；
粒径为10μm至50μm的碳酸钙与粒径为50μm至75μm的碳酸钙的重量比为65:35；
除氧剂为亚硫酸钠，购自国药集团，10020718牌号；
封堵聚合物与实施例1相同；
配制封堵剂，按重量份取60份农副产品加工废料、20份封堵聚合物粉、15份碳酸钙和5份除氧剂，配制好后取12g封堵剂加入400ml的水基钻井液基浆中，充分搅拌后备用。
实施例3
本实施例中，农副产品加工废料为土豆皮粉、香蕉皮粉和玉米芯粉，所述农副产品加工废料放置在95℃烘箱中干燥5天；所述土豆皮粉、香蕉皮粉和玉米芯粉的重量比为1:3:2。
本实施例中粒径为40μm至55μm的农副产品加工废料与粒径为55μm至75μm的农副产品加工废料的重量比为40:60；
粒径为50μm至200μm的封堵聚合物、粒径为200μm至550μm的封堵聚合物以及粒径为550μm至900μm的封堵聚合物的重量比为70:20:10；
粒径为10μm至50μm的碳酸钙与粒径为50μm至75μm的碳酸钙的重量比为70:30；
除氧剂为亚硫酸氢钠，购自国药集团，7631905牌号；
封堵聚合物与实施例1相同；
配制封堵剂，按重量份取60份农副产品加工废料、20份封堵聚合物粉、15份碳酸钙和5份除氧剂，配制好后取12g封堵剂加入400ml的水基钻井液基浆中，充分搅拌后备用。
实施例4
本实施例中，农副产品加工废料为土豆皮粉、香蕉皮粉和玉米芯粉，所述农副产品加工废料放置在95℃烘箱中干燥5天；所述土豆皮粉、香蕉皮粉和玉米芯粉的重量比为1:3:2。
本实施例中粒径为40μm至55μm的农副产品加工废料与粒径为55μm至75μm的农副产品加工废料的重量比为65:35；
粒径为50μm至200μm的封堵聚合物、粒径为200μm至550μm的封堵聚合物以及粒径为550μm至900μm的封堵聚合物的重量比为50:25:25；
粒径为10μm至50μm的碳酸钙与粒径为50μm至75μm的碳酸钙的重量比为55:45；
除氧剂为亚硫酸钠，购自国药集团，10020718牌号；
封堵聚合物与实施例1相同；
配制封堵剂，按重量份取60份农副产品加工废料、25份封堵聚合物粉、10份碳酸钙和5份除氧剂，配制好后取12g封堵剂加入400ml的水基钻井液基浆中，充分搅拌后备用。
对比例1
在配制好的水基钻井液基浆400ml中加入12g的碳酸钙，碳酸钙为粒度范围为15μm至75μm，充分搅拌后备用。
对比例2
在配制好的水基钻井液基浆400ml中加入12g PF-LSF，充分搅拌后备用。
PF-LSF为天津中海油服化学有限公司所售产品，为一种沥青质封堵剂，是钻井液常用封堵剂。
性能测试
(1)流变性能试验
流变性能测试参照中国国家标准GB/T 16783.1-2014石油天然气工业钻井液现场测试进行实验。流变测试温度为50℃。
表1：流变性能对比统计表
从流变性能来看，本申请提供的封堵剂不影响流变性能并能有较降低API中压失水；对比例2较基浆增粘。
(2)砂床封堵实验
砂床封堵试验实验称取40至60目石英砂270g，置入失水筒后中压实，之后将制得的含有封堵剂的水基钻井液基浆导入失水筒中，测试温度80℃，压差500psi。清水实验测试温度为室温，压差500psi。
根据图1可以看出，添加封堵剂之后，均能有效降低砂床滤失量，其中对比例1由于只是碳酸钙封堵，失水相对较大。实验结束后，进行清水滤失量实验，如图2所示。根据图2可以看出，基浆滤失量较大，其中对比例1失水相对较大，其它实施例均无滤失，说明基浆中加入封堵剂后，能有效形成滤饼防止漏失。
(3)渗透封堵实验
渗透封堵试验参照中国国家标准GB/T 16783.1-2014石油天然气工业钻井液现场测试实验分别选取400毫达西、2达西规格砂盘，测试温度80℃，压差1000psi。
根据图3和图4可以看出加入封堵剂后滤失量的变化情况，400md砂盘下较基浆有明显的降滤失和封堵作用，2D砂盘基浆全漏失，可见随着组分封堵剂聚合物的增加，滤失量逐渐降低。从2D砂盘实验效果来看，对比例1封堵效果较差，对比例2封堵效果比对比例1好，和其它几种封堵剂效果相当。
(4)可降解实验
可降解实验参照中国国家标准GB/T 27850-2011快速生物降解性通则标准进行检测，生物降解性标准如下表所示：
表2：生物降解性能标准
| BOD<sub>5</sub>/COD<sub>Cr</sub>值 | >0.25 | 0.15～0.25 | 0.05～0.15 | <0.05 |
| 生物降解性 | 较易 | 一般 | 较难 | 难 |
表3：实验结果统计
| 代号 | BOD值/(mg/L) | COD值/(mg/L) | BOD<sub>5</sub>/COD<sub>cr</sub>值 | 生物降解性 |
| 实施例1 | 23175 | 43850 | 0.53 | 易降解 |
| 实施例2 | 25489 | 42582 | 0.59 | 易降解 |
| 实施例3 | 24695 | 43557 | 0.57 | 易降解 |
| 实施例4 | 25681 | 46873 | 0.55 | 易降解 |
| 对比例1 | 20139 | 51638 | 0.39 | 易降解 |
| 对比例2 | 7486 | 35648 | 0.21 | 一般 |
由表3可见，几种以食物废弃物为原料的封堵剂均易降解，对比例2为一般可降解。
(5)生物毒性实验
生物毒性实验参照中国国家标准GB/T 18420.2-2009海洋石油勘探开发污染物生物毒性检测方法及中国国家标准GB 18420.1-2009海洋石油勘探开发污染物生物毒性分级两种方法进行检测，实验生物为卤虫实验结果如表4所示。
表4：实验结果统计
| 代号 | LC<sub>50</sub>/(mg/L) |
| 实施例1 | ＞100000 |
| 实施例2 | ＞100000 |
| 实施例3 | ＞100000 |
| 实施例4 | ＞100000 |
| 对比例1 | ＞100000 |
| 对比例2 | 11388 |
从表4可以看出，实施例1至4封堵剂的生物毒性均大于100000mg/L，测试结果均合格；对比例2生物毒性低于30000mg/L，生物毒性不达标。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种封堵剂，所述封堵剂的原料按重量份计包括：30份至70份农副产品加工废料、20份至30份封堵聚合物、5份至20份碳酸钙和2份至8份除氧剂。
2.根据权利要求1所述的封堵剂，其中，所述农副产品加工废料的制备方法为将农副产品加工废料切成碎片后干燥；
可选地，所述干燥为放置于90℃至100℃的环境中干燥5天至10天，最后经粉碎机粉碎制得；
可选地，所述干燥为放置于93℃至97℃的环境中干燥5天。
3.根据权利要求1所述的封堵剂，其中，所述农副产品加工废料选自土豆皮粉、香蕉皮粉、玉米芯粉、麸皮粉和甘蔗渣粉中的任一种或更多种。
4.根据权利要求1所述的封堵剂，其中，所述封堵聚合物由两种单体聚合而成，第一单体分子结构式如下：
式中，R1为H，CH3，C2H5，Cl，NH2；R2为H，CH3，C2H5，Cl，NH2；
第二单体分子结构式如下：
式中R1为H，CH3，C2H5，Cl，NH2；R2为H，C6H6，CH3，C2H5，Cl，NH2；R3为H，CH3，C2H5，C3H7，C4H9；
可选地，m和n的比值为(1至1000):(1至1000)，优选地，m和n的比值为(1至50):(1至50)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的封堵剂，其中，所述封堵聚合物的选自聚乙烯-醋酸乙烯酯、聚氯乙烯-醋酸乙烯酯、聚苯乙烯-醋酸乙烯酯、聚乙烯-丙烯酸甲酯、聚乙烯-丙烯酸乙酯、聚乙烯丙烯酸异丙酯、聚乙烯丙烯酸丁酯、聚苯乙烯-丙烯酸甲酯、聚苯乙烯-丙烯酸乙酯、聚苯乙烯丙烯酸异丙酯、聚苯乙烯丙烯酸丁酯中的任一种或更多种。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的封堵剂，其中，所述农副产品加工废料的粒度范围为40μm至75μm，所述封堵聚合物的粒度范围为50μm至900μm，所述碳酸钙的粒度为10μm至75μm。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的封堵剂，其中，10μm至50μm粒径的碳酸钙与50μm至75μm粒径的碳酸钙的重量比为(1至40):(1至60)；
可选地，40μm至55μm粒径的农副产品加工废料与55μm至75μm粒径的农副产品加工废料的重量比为(1至30):(1至70)；
可选地，50μm至200μm粒径的封堵聚合物与200μm至550μm粒径的封堵聚合物与550μm至900μm粒径的封堵聚合物的重量比为(1至50):(1至30):(1至20)。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的封堵剂，其中，所述除氧剂选自抗坏血酸类除氧剂、亚硫酸盐类除氧剂和葡萄糖类除氧剂中的任一种或更多种。
9.根据权利要求8所述的封堵剂，其中，所述除氧剂选自抗坏血酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和葡萄糖氧化酶中的任一种或更多种。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的封堵剂在钻井液中的应用，所述封堵剂在钻井液中的用量为1g至3g封堵剂每100ml钻井液。
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