CN113861341A - 一种油基钻井液专用油溶性絮凝剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油基钻井液专用油溶性絮凝剂及其制备方法,该油基钻井液专用油溶性絮凝剂由以下质量份的原料制成:基础油20~50份、水20~45份、单体15~30份、接枝单体5~10份、乳化剂10~30份、引发剂0.1~0.3份;其中,所述单体为丙烯酰胺或其衍生物;所述接枝单体为甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵或二甲基二烯丙基氯化铵中的一种。本发明能够将废弃油基钻井液中的有害固相选择性絮凝沉淀,使去除该絮凝沉淀后的油基钻井液可以直接添加至新浆中循环使用或直接作为新浆循环使用,这改善了油基钻井液体系的性能,大幅减少了废弃物生成量,降低了钻井过程的综合成本。
Description
技术领域
本发明涉及废弃油基钻井液处理技术领域,尤其涉及一种油基钻井液专用油溶性絮凝剂及其制备方法。
背景技术
油基钻井液是油气开发钻井阶段必需的油田化学品。随着我国对石油资源需求量的不断增大,油田中废弃油基钻井液的产生量也在不断增加,大量废弃油基钻井液已成为油田的沉重负担。废弃油基钻井液中含有大量柴油/矿物油、酚类化合物、泥沙、重金属和一些有毒物质,属于危险废弃物,处理不当会造成地表植被的严重破坏,容易导致土壤、地表和地下水的污染,直接或间接对植物、动物及人类健康产生巨大的危害,极大地制约着油基钻井液技术的推广应用。随着我国环境保护法规标准的不断完善以及执法力度的加大,人们的环保意识不断增强,无害化处理与回收利用钻井过程中产生的废弃物,是钻井行业环境保护工作的当务之急。
目前,废弃油基钻井液的常用处理方法主要有热蒸馏、坑内密封掩埋、溶剂萃取、超临界流体抽提、生物修复、化学破乳、固化法等,但是这些方法普遍存在能源消耗大,设备要求严格,操作安全性低,后处理费用高等弊端。
有鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供了一种油基钻井液专用油溶性絮凝剂及其制备方法,以解决现有技术中存在的上述技术问题。本发明不仅制备工艺简单,而且具有十分优良的絮凝效果,能够将废弃油基钻井液(废弃油基钻井液通常称为老浆)中的有害固相选择性絮凝沉淀,使去除该絮凝沉淀后的油基钻井液可以直接添加至新浆(所述新浆是指未使用过的新油基钻井液)中循环使用或直接作为新浆循环使用,这改善了油基钻井液体系的性能,大幅减少了废弃物生成量,降低了钻井过程的综合成本,为资源循环利用和无害化处理废弃油基钻井液开辟了新的路径,具备广阔的市场应用前景。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种油基钻井液专用油溶性絮凝剂,该油基钻井液专用油溶性絮凝剂是油包水型聚合物,并且该聚合物的分子结构式为:
其中,m的取值范围为0.8~0.9,n的取值范围为0.1~0.2,且m+n=1。
优选地,由以下质量份的原料制成:基础油20~50份、水20~45份、单体15~30份、接枝单体5~10份、乳化剂10~30份、引发剂0.1~0.3份;其中,所述单体为丙烯酰胺或其衍生物;所述接枝单体为甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵或二甲基二烯丙基氯化铵中的一种。
优选地,所述的基础油为白油、煤油、柴油的至少一种。
优选地,所述引发剂为氧化-还原类引发剂。
优选地,所述引发剂为过硫酸铵-亚硫酸氢钠、过硫酸钾-亚硫酸氢钠、四甲基乙二胺-亚硫酸钠中的一种。
优选地,所述乳化剂采用阴离子型乳化剂、阳离子型乳化剂或非离子型乳化剂中的至少两种,并且至少一种是油溶性乳化剂。
优选地,所述乳化剂为司盘80、吐温80、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基氯化铵中的至少两种。
优选地,所述的水为自来水、去离子水、地下水、中水、海水中的至少一种。
一种油基钻井液专用油溶性絮凝剂的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、按照基础油20~50份、水20~45份、单体15~30份、接枝单体5~10份、乳化剂10~30份、引发剂0.1~0.3份的质量份之比称取各原料;其中,所述单体为丙烯酰胺或其衍生物;所述接枝单体为甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵或二甲基二烯丙基氯化铵中的一种;
步骤2、将所述基础油与所述乳化剂中的油溶性乳化剂混合,从而得到油相;当所述乳化剂中存在水溶性乳化剂时,将所述单体、所述接枝单体和所述乳化剂中的水溶性乳化剂溶解于部分所述水中,从而得到水相;当所述乳化剂中不存在水溶性乳化剂时,将所述单体和所述接枝单体溶解于部分所述水中,从而得到水相;将所述引发剂溶解于剩余所述水中,从而得到引发剂溶液;
步骤3、将所述水相滴入所述油相中,并充分搅拌,从而得到预乳液;
步骤4、在保护气体保护的环境中,对所述预乳液进行水浴加热,并向所述预乳液中加入所述引发剂溶液,直至反应体系温度达到引发温度时停止加热,在反应体系温度不在升高后,将反应体系温度维持在70℃进行接枝反应,接枝反应时间为30~160min,反应结束后即制得上述的油基钻井液专用油溶性絮凝剂。
优选地,在步骤3中,所述充分搅拌是以3000~8000r/min的转速高速搅拌0.5~1h。
与现有技术相比,本发明采用反相乳液聚合的方法,将单体(丙烯酰胺或其衍生物)与接枝单体(甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵或二甲基二烯丙基氯化铵这两种接枝单体中的其中一种)在反相乳液体系中进行聚合和接枝改性,从而制得了含有絮凝性质的油包水型聚合物(即本发明的油基钻井液专用油溶性絮凝剂);该油包水型聚合物具备油溶性的特点,并且在油相中能够起到良好的选择性絮凝作用,反相乳液体系主要使该油包水型聚合物具备油溶性的特点,起絮凝作用的主要是反相乳液体系中制备的聚合物。将该油溶性絮凝剂应用于处理废弃油基钻井液,可以将废弃油基钻井液中的有害固相(例如:钻屑)和有毒物质从亲油相转变为亲水相,使这些有害固相和有毒物质选择性絮凝沉淀,而对废弃油基钻井液中的有用固相等有用物质絮凝作用较弱或没有絮凝去除作用,从而使废弃油基钻井液絮凝沉淀后过筛分离出的液相可以直接添加至新浆中循环使用或直接作为新浆循环使用,而过筛分离出来的沉淀物可以离心分离或无害化处理,这改善了油基钻井液体系的性能,大幅减少了废弃物生成量,降低了油气开采过程中综合使用成本,为资源循环利用和无害化处理废弃油基钻井液开辟了新的路径,具备广阔的市场应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明所提供油基钻井液专用油溶性絮凝剂的制备方法的反应原理示意图一。
图2为本发明所提供油基钻井液专用油溶性絮凝剂的制备方法的反应原理示意图二。
图3为本发明实施例1所制得油基钻井液专用油溶性絮凝剂对废弃油基钻井液体系黏度影响的示意图。
图4为未添加絮凝剂的基浆过筛后的筛余物实物示意图。
图5为采用本发明实施例1所制得油基钻井液专用油溶性絮凝剂处理后的基浆过筛后的筛余物实物示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述;显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
首先对本文中可能使用的术语进行如下说明:
术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述,应被解释为非排它性的包括。例如:包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等),应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素,还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
术语“质量份”是表示多个组分之间的质量比例关系,例如:如果描述了X组分为x质量份、Y组分为y质量份,那么表示X组分与Y组分的质量比为x:y;1质量份可表示任意的质量,例如:1质量份可以表示为1kg也可表示3.1415926kg等。所有组分的质量份之和并不一定是100份,可以大于100份、小于100份或等于100份。除另有说明外,本文中所述的份、比例和百分比均按质量计。
当浓度、温度、压力、尺寸或者其它参数以数值范围形式表示时,该数值范围应被理解为具体公开了该数值范围内任何上限值、下限值、优选值的配对所形成的所有范围,而不论该范围是否被明确记载;例如,如果记载了数值范围“2~8”时,那么该数值范围应被解释为包括“2~7”、“2~6”、“5~7”、“3~4和6~7”、“3~5和7”、“2和5~7”等范围。除另有说明外,本文中记载的数值范围既包括其端值也包括在该数值范围内的所有整数和分数。
下面对本发明所提供的油基钻井液专用油溶性絮凝剂及其制备方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者,按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在现有技术中,絮凝剂是用于水处理领域的化学处理剂,它能使水中的溶质、胶体和悬浮颗粒形成絮状沉淀物,从而达到净化水的目的;在水处理领域中,絮凝剂的处理对象是含有溶质、胶体、悬浮颗粒等少量污染物的水(95wt%以上都是水),其化学成分简单、粘度非常低,而废弃油基钻井液是含有水、化学药剂、黏土等物质的油,含油量85wt%以上,含水量一般不大于10wt%,其中的化学成分十分复杂,粘度非常大,处理对象的化学成分和粘度直接决定了絮凝剂能否发挥絮凝能力,因此将水处理领域的絮凝剂应用废弃油基钻井液中存在很大的技术困难。
(一)一种油基钻井液专用油溶性絮凝剂
本发明提供了一种油基钻井液专用油溶性絮凝剂,该油基钻井液专用油溶性絮凝剂是油包水型聚合物,并且该聚合物的分子结构式为:
其中,m的取值范围为0.8~0.9,n的取值范围为0.1~0.2,且m+n=1。
在本发明的典型但非限制性的实施方式中,m的取值为0.8或0.9,n的取值为0.1或0.2,且m+n=1。
具体地,本发明提供的该油基钻井液专用油溶性絮凝剂,由以下质量份的原料制成:基础油20~50份、水20~45份、单体15~30份、接枝单体5~10份、乳化剂10~30份、引发剂0.1~0.3份;其中,所述单体为丙烯酰胺或其衍生物;所述接枝单体为甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵(DMC)或二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)中的一种。
在本发明提供的该油基钻井液专用油溶性絮凝剂中,所述基础油的典型但非限制性的质量份数为20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50份。在本发明的一种优选实施方式中,所述基础油采用白油、煤油、柴油的至少一种。本发明中的基础油是制备油溶性絮凝剂的主要溶剂之一,选择白油、煤油、柴油作为基础油时,絮凝剂的黏度适中,油溶性好、稳定性好,成本低。
在本发明提供的该油基钻井液专用油溶性絮凝剂中,所述水的典型但非限制性的质量份数为20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44或45份。在本发明的一种优选实施方式中,所述水采用自来水、去离子水、地下水、中水、海水中的至少一种。本发明中的水是制备油溶性絮凝剂的主要溶剂之一,可以用来调节絮凝剂的黏度,促进分散、溶解单体。由于工业条件的局限性,自来水、去离子水、地下水、中水、海水是最常见易得的溶剂,使整体的生产成本降低,因此选择这几类水作为溶剂。
在本发明提供的该油基钻井液专用油溶性絮凝剂中,所述单体的典型但非限制性的质量份数为15、15.5、16、16.5、17、17.5、18、18.5、19、19.5、20、20.5、21、21.5、22、22.5、23、23.5、24、24.5、25、25.5、26、26.5、27、27.5、28、28.5、29、29.5或30份。
在本发明提供的该油基钻井液专用油溶性絮凝剂中,所述接枝单体的典型但非限制性的质量份数为5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5或10份。
在本发明提供的该油基钻井液专用油溶性絮凝剂中,所述乳化剂的典型但非限制性的质量份数为10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、17、17.5、18、18.5、19、19.5、20、20.5、21、21.5、22、22.5、23、23.5、24、24.5、25、25.5、26、26.5、27、27.5、28、28.5、29、29.5或30份。在本发明的一种优选实施方式中,所述乳化剂采用至少两种乳化剂,并且至少一种是油溶性乳化剂,例如:所述乳化剂可以采用一种油溶性乳化剂和一种水溶性乳化剂,所述乳化剂可以采用两种油溶性乳化剂。所述乳化剂采用阴离子型乳化剂、阳离子型乳化剂或非离子型乳化剂中的至少两种,例如:所述乳化剂优选采用司盘80、吐温80、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基氯化铵中的至少两种。本发明中的乳化剂不但可以使单体在溶剂中分散的更均匀,而且絮凝剂聚合时,乳化剂直接关系到反应的引发和链增长的速率。相比于单一乳化剂而言,复合乳化剂表现出更多的优势,可以提升乳化能力和界面膜强度,因此采用以上乳化剂的至少两种。
在本发明提供的该油基钻井液专用油溶性絮凝剂中,所述引发剂的典型但非限制性的质量份数为0.1、0.12、0.14、0.15、0.17、0.19、0.2、0.21、0.23、0.25、0.26、0.27、0.29或0.3份。在本发明的一种优选实施方式中,所述引发剂采用氧化-还原类引发剂,例如:所述引发剂优选采用过硫酸铵-亚硫酸氢钠、过硫酸钾-亚硫酸氢钠、四甲基乙二胺-亚硫酸钠中的至少一种。本发明采用以上氧化-还原类引发剂,生成自由基引发聚合反应,控制絮凝剂的相对分子量在应用范围内,有利于工业化生产。
现有聚丙烯酰胺不溶于大多数有机溶剂;本发明采用甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵(DMC)或二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)这两种接枝单体中的其中一种在丙烯酰胺或其衍生物聚合过程中进行接枝改性,从而使最终产物可以很好地作用于油基体系,并且在油相中具有良好的絮凝性能,可以将废弃油基钻井液中的有害固相和有毒物质从亲油相转变为亲水相,达到对这些有害固相和有毒物质选择性絮凝的目的,而对废弃油基钻井液中的有用固相等有用物质絮凝作用较弱或没有絮凝去除作用,使废弃油基钻井液絮凝后固液分离出的液相可以直接添加至新浆中循环使用或直接作为新浆循环使用,这改善了油基钻井液体系的性能,大幅减少了废弃物生成量,降低了钻井过程的综合成本,为资源循环利用和无害化处理废弃油基钻井液开辟了新的路径,具备广阔的市场应用前景。
(二)一种油基钻井液专用油溶性絮凝剂的制备方法
本发明还提供了一种油基钻井液专用油溶性絮凝剂的制备方法,用于制备上述油基钻井液专用油溶性絮凝剂,包括以下步骤:
步骤1、按照基础油20~50份、水20~45份、单体15~30份、接枝单体5~10份、乳化剂10~30份、引发剂0.1~0.3份的质量份之比称取各原料。其中,所述单体为丙烯酰胺或其衍生物;所述接枝单体为甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵(DMC)或二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)中的一种。
步骤2、将所述基础油与所述乳化剂中的油溶性乳化剂混合,从而得到油相;当所述乳化剂中存在水溶性乳化剂时,将所述单体、所述接枝单体和所述乳化剂中的水溶性乳化剂在部分所述水中充分溶解,从而得到水相;当所述乳化剂中不存在水溶性乳化剂时,将所述单体和所述接枝单体在部分所述水中充分溶解,从而得到水相;将所述引发剂溶解于剩余所述水中,从而得到引发剂溶液。
步骤3、将所述水相滴入所述油相中,并充分搅拌,从而得到预乳液。
步骤4、在保护气体保护的环境中,对所述预乳液进行水浴加热,并向所述预乳液中加入所述引发剂溶液,直至反应体系温度达到引发温度时停止加热,在反应体系温度不在升高后,将反应体系温度维持在70℃进行接枝反应,接枝反应时间为30~160min,反应结束后即制得上述油基钻井液专用油溶性絮凝剂。
在本发明的一种优选实施方式中,在步骤2中,将所述基础油与所述油溶性乳化剂放入搅拌装置中,充分搅拌,使所述基础油与所述乳化剂混合均匀,从而得到油相。
在本发明的一种优选实施方式中,在步骤3中,将所述水相逐滴滴入所述油相中,高速搅拌0.5~1h,高速搅拌的转速为3000~8000r/min,从而得到预乳液。本发明中通过以3000~8000r/min的转速进行高速搅拌有利于乳液体系高速剪切,对物料有很强的分散乳化效果,有利于保持絮凝剂的长期稳定性。
在本发明的典型但非限制性的优选实施方式中,所述高速搅拌的转速为3000r/min、3500r/min、4000r/min、4500r/min、5000r/min、5500r/min、6000r/min、6500r/min、7000r/min、7500r/min或8000r/min。
在本发明的一种优选实施方式中,在步骤4中,所述保护气体为氮气或惰性气体中的至少一种,其目的是去除体系内的氧气,氧气是自由基的摧灭剂,不利于聚合。
在本发明的一种优选实施方式中,在步骤4中,所述引发温度为35~58℃。
在本发明的典型但非限制性的优选实施方式中,所述引发温度为35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃或58℃。
在本发明的一种优选实施方式中,在步骤4中,将所述预乳液置于反应容器(该反应容器可以为四口烧瓶)中,并通入保护气体,将该反应容器水浴加热至30~55℃,然后向该反应容器中滴入所述引发剂溶液,逐渐提高水浴加热温度,直至反应体系温度达到引发温度时停止加热,在反应体系温度不在升高(所述反应体系温度不在升高时,该反应体系温度通常为65~78℃)后,停止通入保护气体,将反应体系温度维持在70℃进行接枝反应,接枝反应时间为30~160min,反应结束后即制得上述油基钻井液专用油溶性絮凝剂。
在本发明的一种优选实施方式中,在步骤4中,接枝反应结束后,将制得的油基钻井液专用油溶性絮凝剂冷却,静置,备用。
本发明以自由基聚合原理为基础,采用反相乳液聚合的方法,将单体(丙烯酰胺或其衍生物)与接枝单体(甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵或二甲基二烯丙基氯化铵这两种接枝单体中的其中一种)在反相乳液体系中进行聚合和接枝改性(其反应原理如图1或图2所示),从而使制得的油溶性絮凝剂具备油溶性的特点,并且在油相中能够起到良好的选择性絮凝作用,反相乳液体系主要使该油溶性絮凝剂具备油溶性的特点,起絮凝作用的主要是反相乳液体系中制备的聚合物,而这个制备油溶性絮凝剂的反应体系具备粘度低、反应速率快、散热好、产物分子量高、副产物较少、比较容易实现连续化生产等诸多优点。将该油溶性絮凝剂应用于处理废弃油基钻井液,可以将废弃油基钻井液中的有害固相(例如:钻屑)和有毒物质从亲油相转变为亲水相,使这些有害固相和有毒物质选择性絮凝沉淀,而对废弃油基钻井液中的有用固相等有用物质絮凝作用较弱或没有絮凝去除作用,从而使废弃油基钻井液絮凝沉淀后过筛分离出的液相可以直接添加至新浆中循环使用或直接作为新浆循环使用,而过筛分离出来的沉淀物可以离心分离或无害化处理,这改善了油基钻井液体系的性能,大幅减少了废弃物生成量,降低了油气开采过程中综合使用成本,为资源循环利用和无害化处理废弃油基钻井液开辟了新的路径,具备广阔的市场应用前景
本发明增加了钻井过程中油基钻井液的循环使用次数,降低了废弃油基钻井液的生成量和处理成本,无论是从环境保护角度还是从经济效益角度均具有广阔前景。
本发明所提供的油基钻井液专用油溶性絮凝剂的制备方法操作简便,设备简单,反应时间短,为油基钻井液体系的回收利用提供了新思路。
综上可见,本发明实施例不仅制备工艺简单,而且具有十分优良的絮凝效果,能够将废弃油基钻井液中的有害固相选择性絮凝沉淀,使去除该絮凝沉淀后的油基钻井液可以直接添加至新浆中循环使用或直接作为新浆循环使用,这改善了油基钻井液体系的性能,大幅减少了废弃物生成量,降低了钻井过程的综合成本,为资源循环利用和无害化处理废弃油基钻井液开辟了新的路径,具备广阔的市场应用前景。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果,下面以具体实施例对本发明所提供的油基钻井液专用油溶性絮凝剂及其制备方法进行详细描述。
实施例1
一种油基钻井液专用油溶性絮凝剂,其制备方法包括以下步骤:
步骤A1、称取白油70g、自来水60g、去离子水10g、丙烯酰胺40g、DMC 15g、司盘8015g、十二烷基硫酸钠7g、过硫酸铵-亚硫酸氢钠0.5g。
步骤A2、将白油、司盘80置于同一搅拌杯中搅拌混合,从而得到油相;将丙烯酰胺、接枝单体DMC和十二烷基硫酸钠在部分水中充分溶解,从而得到水相;将过硫酸铵-亚硫酸氢钠溶解于剩余所述水中,从而得到引发剂溶液。
步骤A3、将所述水相逐滴滴入所述油相中,高速搅拌0.5h,高速搅拌的转速为8000r/min,从而得到预乳液。
步骤A4、将所述预乳液置于四口烧瓶中,并通入氮气,将该四口烧瓶水浴加热至40℃,然后将所述引发剂溶液滴入该四口烧瓶中,逐渐提高水浴加热温度,直至反应体系温度达到55℃时停止加热,在反应体系温度不在升高(反应体系温度不在升高时,该反应体系温度为65℃)后,停止通入氮气,将反应体系温度维持在70℃进行接枝反应,接枝反应时间为120min,反应结束后,冷却,静置,从而制得淡黄色乳液状的油基钻井液专用油溶性絮凝剂。
实施例2
一种油基钻井液专用油溶性絮凝剂,其制备方法包括以下步骤:
步骤B1、称取柴油80g、自来水55g、去离子水10g、丙烯酰胺40g、DMDAAC15g、司盘8015g、十六烷基三甲基氯化铵3g、四甲基乙二胺-亚硫酸钠0.25g。
步骤B2、将柴油、司盘80置于同一搅拌杯中搅拌混合,从而得到油相;将丙烯酰胺、接枝单体DMDAAC和十六烷基三甲基氯化铵在部分水中充分溶解,从而得到水相;将四甲基乙二胺-亚硫酸钠溶解于剩余所述水中,从而得到引发剂溶液。
步骤B3、将所述水相逐滴滴入所述油相中,高速搅拌1h,高速搅拌的转速为7000r/min,从而得到预乳液。
步骤B4、将所述预乳液置于四口烧瓶中,并通入氮气,将该四口烧瓶水浴加热至45℃,然后将所述引发剂溶液滴入该四口烧瓶中,逐渐提高水浴加热温度,直至反应体系温度达到50℃时停止加热,在反应体系温度不在升高(反应体系温度不在升高时,该反应体系温度为71℃)后,停止通入氮气,将反应体系温度维持在70℃进行接枝反应,接枝反应时间为100min,反应结束后,冷却,静置,从而制得淡红色乳液状的油基钻井液专用油溶性絮凝剂。
对比例1
一种絮凝剂,该絮凝剂为现有技术中济南德蓝化工有限公司生产的阳离子型絮凝剂,其主要成分为聚丙烯酰胺。
对比例2
一种絮凝剂,该絮凝剂为现有技术中任丘市高科化工物资有限公司生产的型号为GK8061的絮凝剂,其主要成分为聚丙烯酰胺。
应用实例与性能检测
1、絮凝剂的选择性测试:分别评价絮凝剂对钻屑、有机土、重晶石的絮凝作用,分别置于20mL量筒中,对比三组样品固液分层情况:
基浆1:白油+1%润湿剂+15%钻屑+1.0%絮凝剂
基浆2:白油+1%润湿剂+15%有机土+1.0%絮凝剂
基浆3:白油+1%润湿剂+15%重晶石+1.0%絮凝剂
这三组基浆固液分层情况如下表1所示:
表1
絮凝剂种类 | 基浆1(mL) | 基浆2(mL) | 基浆3(mL) |
空白组 | 20 | 20 | 20 |
实施例1 | 2.6 | 20 | 20 |
实施例2 | 3.0 | 19.9 | 20 |
对比例1 | 不溶 | 不溶 | 不溶 |
对比例2 | 19.9 | 18.8 | 19.8 |
由表1可知:本发明实施例1和实施例2所制得的油基钻井液专用油溶性絮凝剂成功将上述基浆中的钻屑从亲油相转变成亲水相,达到了选择性絮凝或沉淀的目的;对比例1的絮凝剂并不具备油溶特性,无絮凝效果;对比例2的絮凝剂可以溶于油相中,但无选择性,且絮凝作用微弱。
2、絮凝效果评价:利用激光粒度仪测量基浆1絮凝前后钻屑粒径变化,同时根据下述公式(1)计算其絮凝率。(此方法参考蒋官澄等人一种亚微米固相絮凝剂的合成及性能评价)
絮凝率η=(V0-V1)/V0 (1)
式中,V0为基浆1中的空白组某一粒径界限以下颗粒的体积百分含量,V1为基浆1中加入絮凝剂絮凝后相同粒径界限以下颗粒的体积百分含量;
具体絮凝效果评价结果如下表2所示:
表2
絮凝剂 | 粒径中值/μm | 絮凝率η(%) | AV(mPa·s) |
空白 | 1.20 | 无 | 14 |
实施例1 | 56.88 | 95.66 | 16 |
实施例2 | 68.56 | 98.52 | 17 |
对比例1 | 无 | 无 | 无 |
对比例2 | 1.19 | 0.02 | 18 |
由表2可以看出:空白组中固相颗粒粒径微小,加入实施例1和实施例2后通过吸附、聚集颗粒变大,有助于过筛,从而进一步清除有害固相。
3、絮凝剂的现场应用:将本发明实施例1所制得的油基钻井液专用油溶性絮凝剂应用于处理某废弃油基钻井液(湛江某油田),按照钻井液相关标准和检测方法进行测试,其测量结果如图3和下表3所示:
分别将老浆与静置后所述絮凝剂处理后样品浆的筛余物进行对比,未添加絮凝剂的所述基浆的筛余物实物示意图如图4所示,所述絮凝剂处理后样品浆的筛余物实物示意图如图5所示,通过对比图4和图5可知:图4中仅筛出少量较硬较小的颗粒,而图5中不仅筛出颗粒状固体,并且明显筛出大量粘稠膏状物质,这说明本发明实施例1所制得的油基钻井液专用油溶性絮凝剂能够成功将所述基浆中的粘土等有害固相和有毒物质从亲油相转变成亲水相,达到了选择性絮凝或沉淀的目的。
表3
由图3和表3可以看出:试样浆①与试样浆②在3~6r/min的低转速下黏度相同,当转速10~600r/min时,试样浆①的黏度明显高于试样浆②,且试样浆①的密度明显大于试样浆②,这进一步说明本发明实施例1所制得的油基钻井液专用油溶性絮凝剂成功将所述基浆中的钻屑等有害固相和有毒物质从亲油相转变成亲水相,达到了选择性絮凝或沉淀的目的;试样浆②比试样浆①的破乳电压升高,这表明了本发明实施例1所制得的油基钻井液专用油溶性絮凝剂可以改善基浆的电稳定性;试样浆②与试样浆①的高温高压滤失量相差不大,且均小于20mL,这表明加入本发明实施例1所制得的油基钻井液专用油溶性絮凝剂后,基浆体系的性能基本保持稳定,因此加入本发明实施例1所制得的油基钻井液专用油溶性絮凝剂后的基浆可以循环使用,絮凝分离出来的沉淀物进行无害化处理,可达到资源循环利用和降低钻井过程综合成本的目的,具有显著的经济效益和社会效益、环境效益。
综上可见,本发明实施例不仅制备工艺简单,而且具有十分优良的絮凝效果,能够将废弃油基钻井液中的有害固相选择性絮凝沉淀,使去除该絮凝沉淀后的油基钻井液可以直接添加至新浆中循环使用或直接作为新浆循环使用,这改善了油基钻井液体系的性能,大幅减少了废弃物生成量,降低了钻井过程的综合成本,为资源循环利用和无害化处理废弃油基钻井液开辟了新的路径,具备广阔的市场应用前景。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述的油基钻井液专用油溶性絮凝剂,其特征在于,由以下质量份的原料制成:基础油20~50份、水20~45份、单体15~30份、接枝单体5~10份、乳化剂10~30份、引发剂0.1~0.3份;
其中,所述单体为丙烯酰胺或其衍生物;所述接枝单体为甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵或二甲基二烯丙基氯化铵中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的油基钻井液专用油溶性絮凝剂,其特征在于,所述的基础油为白油、煤油、柴油的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的油基钻井液专用油溶性絮凝剂,其特征在于,所述引发剂为氧化-还原类引发剂。
5.根据权利要求1或2所述的油基钻井液专用油溶性絮凝剂,其特征在于,所述引发剂为过硫酸铵-亚硫酸氢钠、过硫酸钾-亚硫酸氢钠、四甲基乙二胺-亚硫酸钠中的一种。
6.根据权利要求1或2所述的油基钻井液专用油溶性絮凝剂,其特征在于,所述乳化剂采用阴离子型乳化剂、阳离子型乳化剂或非离子型乳化剂中的至少两种,并且至少一种是油溶性乳化剂。
7.根据权利要求1或2所述的油基钻井液专用油溶性絮凝剂,其特征在于,所述乳化剂为司盘80、吐温80、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基氯化铵中的至少两种。
8.根据权利要求1或2所述的油基钻井液专用油溶性絮凝剂,其特征在于,所述的水为自来水、去离子水、地下水、中水、海水中的至少一种。
9.一种油基钻井液专用油溶性絮凝剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、按照基础油20~50份、水20~45份、单体15~30份、接枝单体5~10份、乳化剂10~30份、引发剂0.1~0.3份的质量份之比称取各原料;其中,所述单体为丙烯酰胺或其衍生物;所述接枝单体为甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵或二甲基二烯丙基氯化铵中的一种;
步骤2、将所述基础油与所述乳化剂中的油溶性乳化剂混合,从而得到油相;当所述乳化剂中存在水溶性乳化剂时,将所述单体、所述接枝单体和所述乳化剂中的水溶性乳化剂溶解于部分所述水中,从而得到水相;当所述乳化剂中不存在水溶性乳化剂时,将所述单体和所述接枝单体溶解于部分所述水中,从而得到水相;将所述引发剂溶解于剩余所述水中,从而得到引发剂溶液;
步骤3、将所述水相滴入所述油相中,并充分搅拌,从而得到预乳液;
步骤4、在保护气体保护的环境中,对所述预乳液进行水浴加热,并向所述预乳液中加入所述引发剂溶液,直至反应体系温度达到引发温度时停止加热,在反应体系温度不在升高后,将反应体系温度维持在70℃进行接枝反应,接枝反应时间为30~160min,反应结束后即制得上述权利要求1至8中任一项所述的油基钻井液专用油溶性絮凝剂。
10.根据权利要求9所述的油基钻井液专用油溶性絮凝剂的制备方法,其特征在于,在步骤3中,所述充分搅拌是以3000~8000r/min的转速高速搅拌0.5~1h。
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