CN115449355A - 一种钻井液用环保提切剂及其制备方法 - Google Patents

一种钻井液用环保提切剂及其制备方法 Download PDF

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CN115449355A CN202211168756.8A CN202211168756A CN115449355A CN 115449355 A CN115449355 A CN 115449355A CN 202211168756 A CN202211168756 A CN 202211168756A CN 115449355 A CN115449355 A CN 115449355A
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卢长征
孔钢强
卢丹
喻平
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Jiyuan Hongxin Industrial Co ltd
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08B37/0009—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid alpha-D-Glucans, e.g. polydextrose, alternan, glycogen; (alpha-1,4)(alpha-1,6)-D-Glucans; (alpha-1,3)(alpha-1,4)-D-Glucans, e.g. isolichenan or nigeran; (alpha-1,4)-D-Glucans; (alpha-1,3)-D-Glucans, e.g. pseudonigeran; Derivatives thereof
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Abstract

本申请涉及提切剂技术领域，具体公开了一种钻井液用环保提切剂及其制备方法。一种钻井液用环保提切剂，主要由如下重量份数的原料制成：水35‑50份、聚丙烯酸钠10‑25份、羧甲基纤维素2.5‑6份、二甲基亚砜0.8‑1.5份、大豆蛋白1.5‑3份、环糊精聚合物5‑15份；所述环糊精聚合物采用包括如下步骤的方法制成：1）：将环糊精和环氧氯丙烷混合均匀制得混合物；2）：将引发剂加入混合物内，不断搅拌下反应后即得。本申请的钻井液用环保提切剂具有环境友好性的优点。

Description

一种钻井液用环保提切剂及其制备方法
技术领域
本申请涉及钻井液提切剂技术领域，更具体地说，它涉及一种钻井液用环保提切剂及其制备方法。
背景技术
钻井液由于具有润滑性能优良、抑制性强、井壁稳定性和抗温性能好等优点而得到广泛应用，已经成为高温深井、大斜度定向井、水平井、各种复杂井段和储层保护的重要手段。
钻井液体系的处理剂特别是增粘提切剂是钻井液的核心组成，钻井液提切剂的组成种类丰富多样，可以分为有机土类、脂肪酸甘油酯类、改性三元乙丙橡胶类、丙烯酸共聚物类等，不同类型的提切剂具有不同的增粘提切效果，根据地质情况的差异选择性能适宜的提切剂。
针对上述类型的提切剂，在使用后会对环境、生物产生不良影响，不符合绿色生产的理念。
发明内容
为了改善提切剂的生态友好性，本申请提供一种钻井液用环保提切剂及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种钻井液用环保提切剂，采用如下的技术方案：
一种钻井液用环保提切剂，主要由如下重量份数的原料制成：水35-55份、聚丙烯酸钠10-25份、羧甲基纤维素2.5-6份、二甲基亚砜0.8-1.5份、大豆蛋白1.5-3份、环糊精聚合物5-15份；
所述环糊精聚合物采用包括如下的步骤的方法制成：
1)：将环糊精和环氧氯丙烷混合均匀制得混合物；
2)：将引发剂滴加至混合物内，不断搅拌下反应后即得。
通过采用上述技术方案，聚丙烯酸钠和羧甲基纤维素在二甲基亚砜的促溶、增溶作用下均匀分散在水中形成粘聚体系，环糊精聚合物分散在粘聚体系后，增加体系各原料的化学稳定性，起到很好的增粘、剪切稀释性能。并且环糊精聚合物的交联结构还能与粘聚体系通过醚氧键、范德华力、疏水相互作用等效应形成包被系统，提高提切剂的使用性能，而且环糊精聚合物在使用过后，通过环境中的微生物可以及时得到降解，使得整个提切剂体系得以分散、解离，对环境温和无害，保证使用性能的同时具有较好的生态友好性。
优选的，所述环糊精为α-环糊精、羟丙基β-环糊精、磺丁基-环糊精中的至少一种。
通过采用上述技术方案，优化和筛选不同种类的环糊精，通过羟丙基、磺丁基的接枝改性，使得外腔结构的亲水性和内腔的疏水性更加平衡，进一步改善环糊精在粘聚体系内的状态，提升提切剂的性能，并且在后续的环境降解过程中更易离析崩解。
优选的，所述环糊精由α-环糊精、羟丙基β-环糊精、磺丁基-环糊精按质量比(2.2-3.5):(0.5-1):(1.6-2.3)组成。
通过采用上述技术方案，优化和调整环糊精中各类型原料的组成配比，改善环糊精的整体分子状态，提高提切剂的使用性能和环保性能。
优选的，所述环糊精和环氧氯丙烷的物质的量比为1:(5-8.5)。
通过采用上述技术方案，试验和调整环糊精与环氧氯丙烷的物质量比，改变环糊精聚合物的端基构成，进而影响环糊精聚合物在粘聚体系中的分子复合、结合状态，进而改善提切剂的使用性能和环保性能。
优选的，所述引发剂由如下质量分数的原料组成：30-40％氢氧化钠、10-20％醇胺、余量为水。
通过采用上述技术方案，调整和优化引发剂的组成配比，通过氢氧化钠和醇胺的共同作用下，提升环糊精分子链不同位点上反应基团的活性，调节憎水性端基的数目和形成速度，进而调节环糊精与环氧氯丙烷的复合速度，改善环糊精聚合物的最终状态和分子结构。
优选的，所述醇胺为三乙醇胺、N,N-二乙基乙醇胺、3-丙醇胺中的一种。
通过采用上述技术方案，优化和筛选不同类型的醇胺，选用三乙醇胺、N,N-二乙基乙醇胺、3-丙醇胺作为引发剂组成时，能够很好的调节憎水性端基的形成速度，大大降低了反应过程中出现浑浊、沉淀、复合速率慢等不良反应状态的几率。
优选的，所述原料中还包括(2-3.5)重量份数的硫酸软骨素。
通过采用上述技术方案，硫酸软骨素分散在粘聚体系中后，一部分可以与环糊精聚合物内环内形成包被体，另一部分可以纠缠交联在粘聚体系中，改善提切剂的粘度、动切力，进一步提升提切剂的使用性能。另外硫酸软骨素还容易降解成单糖和多糖，生物友好性较佳。
第二方面，本申请提供一种钻井液用环保提切剂的制备方法，采用如下的技术方案：
一种钻井液用环保提切剂的制备方法，包括如下步骤：
S1：将配方量的水、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、大豆蛋白混合均匀制得粘聚体；
S2：将二甲基亚砜、环糊精聚合物与粘聚体高速搅拌混合均匀即得。
通过采用上述技术方案，在二甲基亚砜的作用下，聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素和环糊精聚合物在水中形成稳定的分散体系，制得的提切剂的各向同性好，性能稳定。
优选的，所述步骤S2中将二甲基亚砜、环糊精聚合物与粘聚体高速搅拌混合均匀时，还包括添加硫酸软骨素的步骤。
通过采用上述技术方案，加入硫酸软骨素后与环糊精聚合物以及粘聚体系充分混合并相互作用，进一步提高了提切剂的使用性能。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用聚丙烯酸钠和羧甲基纤维素在水中形成粘聚体系，并且在环糊精聚合物的复合下更容易降解，环保性能好。
2、本申请中优化引发剂的种类配比，并添加硫酸软骨素进一步提高了提切剂的使用性能和环保性能。
3、采用本申请的生产方法制得的环保提切剂具有较高的环境友好性，对生态不产生危害。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例及对比例的原料除特殊说明以外均为普通市售。
实施例
实施例1
本实施例的钻井液用环保提切剂，由如下重量的原料制成：水35kg、聚丙烯酸钠10kg、羧甲基纤维素2.5kg、二甲基亚砜0.8kg、大豆蛋白1.5kg、环糊精聚合物5kg。
其中，聚丙烯酸钠为食品级，有效物质含量99％，生产厂家为江苏采薇生物科技有限公司。羧甲基纤维素为中粘羧甲基纤维素。
本实施例的环糊精聚合物，采用如下步骤的方法制成：
1)：将环糊精和环氧氯丙烷按物质的量比为1:5加入反应釜内混合均匀制得混合物；
2)：将15ml引发剂加入反应釜内与混合物混合均匀，然后升温至50℃，以500rpm的搅拌速度反应30min后即得。
其中，引发剂为40％的氢氧化钠溶液。环糊精为α-环糊精。
本实施例的钻井液用环保提切剂的制备方法，包括如下步骤：
S1：将上述配方量的水、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、大豆蛋白加入混合容器内以350rpm的搅拌速度混合均匀制得粘聚体；
S2：将二甲基亚砜、环糊精聚合物与粘聚体用高速搅拌机进行高速搅拌，混合均匀即得。
实施例2
本实施例的钻井液用环保提切剂，由如下重量的原料制成：水50kg、聚丙烯酸钠25kg、羧甲基纤维素6kg、二甲基亚砜1.5kg、大豆蛋白3kg、环糊精聚合物15kg。
其中，聚丙烯酸钠为食品级，有效物质含量99％，生产厂家为江苏采薇生物科技有限公司。羧甲基纤维素为中粘羧甲基纤维素。
本实施例的环糊精聚合物，采用如下步骤的方法制成：
1)：将环糊精和环氧氯丙烷按物质的量比为1:5加入反应釜内混合均匀制得混合物；
2)：将20ml引发剂加入反应釜内与混合物混合均匀，然后升温至70℃，以650rpm的搅拌速度反应40min后即得。
其中，引发剂为40％的氢氧化钠溶液。环糊精为α-环糊精。
本实施例的钻井液用环保提切剂的制备方法，包括如下步骤：
S1：将上述配方量的水、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、大豆蛋白加入混合容器内以350rpm的搅拌速度混合均匀制得粘聚体；
S2：将二甲基亚砜、环糊精聚合物与粘聚体用高速搅拌机进行高速搅拌，混合均匀即得。
实施例3
本实施例的钻井液用环保提切剂，由如下重量的原料制成：水40kg、聚丙烯酸钠20kg、羧甲基纤维素5kg、二甲基亚砜1.2kg、大豆蛋白2.2kg、环糊精聚合物12kg。
其中，聚丙烯酸钠为食品级，有效物质含量99％，生产厂家为江苏采薇生物科技有限公司。羧甲基纤维素为中粘羧甲基纤维素。
本实施例的环糊精聚合物，采用如下步骤的方法制成：
1)：将环糊精和环氧氯丙烷按物质的量比为1:5加入反应釜内混合均匀制得混合物；
2)：将10ml引发剂加入反应釜内与混合物混合均匀，然后升温至60℃，以600rpm的搅拌速度反应50min后即得。
其中，引发剂为40％的氢氧化钠溶液。环糊精为α-环糊精。
本实施例的钻井液用环保提切剂的制备方法，包括如下步骤：
S1：将上述配方量的水、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、大豆蛋白加入混合容器内以350rpm的搅拌速度混合均匀制得粘聚体；
S2：将二甲基亚砜、环糊精聚合物与粘聚体用高速搅拌机进行高速搅拌，混合均匀即得。
实施例4
本实施例的钻井液用环保提切剂与实施例3的不同之处在于：原料中环糊精聚合物的制备方法中，环糊精为羟丙基β-环糊精，其他的与实施例3相同。
本实施例的环糊精聚合物的制备方法与实施例3相同。
本实施例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例3相同。
实施例5
本实施例的钻井液用环保提切剂与实施例3的不同之处在于：原料中环糊精聚合物的制备方法中，环糊精为磺丁基-环糊精，其他的与实施例3相同。
本实施例的环糊精聚合物的制备方法与实施例3相同。
本实施例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例3相同。
实施例6
本实施例的钻井液用环保提切剂与实施例3的不同之处在于：原料中环糊精聚合物的制备方法中，环糊精由羟丙基β-环糊精、磺丁基-环糊精按质量比为2:1组成，其他的与实施例3相同。
本实施例的环糊精聚合物的制备方法与实施例3相同。
本实施例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例3相同。
实施例7
本实施例的钻井液用环保提切剂与实施例3的不同之处在于：原料中环糊精聚合物的制备方法中，环糊精由α-环糊精、羟丙基β-环糊精、磺丁基-环糊精按质量比2.2:0.5:1.6组成，其他的与实施例3相同。
本实施例的环糊精聚合物的制备方法与实施例3相同。
本实施例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例3相同。
实施例8
本实施例的钻井液用环保提切剂与实施例3的不同之处在于：原料中环糊精聚合物的制备方法中，环糊精由α-环糊精、羟丙基β-环糊精、磺丁基-环糊精按质量比3.5:1:2.3组成，其他的与实施例3相同。
本实施例的环糊精聚合物的制备方法与实施例3相同。
本实施例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例3相同。
实施例9
本实施例的钻井液用环保提切剂与实施例8的不同之处在于：原料中环糊精聚合物的制备方法中，环糊精和环氧氯丙烷的物质的量比为1:6.5，其他的与实施例8相同。
本实施例的环糊精聚合物的制备方法与实施例8相同。
本实施例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例8相同。
实施例10
本实施例的钻井液用环保提切剂与实施例8的不同之处在于：原料中环糊精聚合物的制备方法中，环糊精和环氧氯丙烷的物质的量比为1:8.5，其他的与实施例8相同。
本实施例的环糊精聚合物的制备方法与实施例8相同。
本实施例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例8相同。
实施例11
本实施例的钻井液用环保提切剂与实施例9的不同之处在于：原料中环糊精聚合物的制备方法中，引发剂由如下质量分数的原料组成：30％氢氧化钠、10％醇胺、余量为水，其他的与实施例9相同。
其中，醇胺为3-丙醇胺。
本实施例的环糊精聚合物的制备方法与实施例9相同。
本实施例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例9相同。
实施例12
本实施例的钻井液用环保提切剂与实施例9的不同之处在于：原料中环糊精聚合物的制备方法中，引发剂由如下质量分数的原料组成：40％氢氧化钠、20％醇胺、余量为水，其他的与实施例9相同。
其中，醇胺为三乙醇胺。
本实施例的环糊精聚合物的制备方法与实施例9相同。
本实施例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例9相同。
实施例13
本实施例的钻井液用环保提切剂与实施例9的不同之处在于：原料中环糊精聚合物的制备方法中，引发剂由如下质量分数的原料组成：40％氢氧化钠、20％醇胺、余量为水，其他的与实施例9相同。
其中，醇胺为N,N-二乙基乙醇胺。
本实施例的环糊精聚合物的制备方法与实施例9相同。
本实施例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例9相同。
实施例14
本实施例的钻井液用环保提切剂与实施例12的不同之处在于：原料中还包括2kg的硫酸软骨素，其他的与实施例12相同。
本实施例的环糊精聚合物的制备方法与实施例12相同。
本实施例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例12相同。
实施例15
本实施例的钻井液用环保提切剂与实施例12的不同之处在于：原料中还包括3.5kg的硫酸软骨素，其他的与实施例12相同。
本实施例的环糊精聚合物的制备方法与实施例12相同。
本实施例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例12相同。
对比例
对比例1
本对比例的钻井液用环保提切剂，由如下重量的原料制成：水60kg、聚丙烯酸钠8kg、羧甲基纤维素7kg、二甲基亚砜0.5kg、大豆蛋白5kg、环糊精聚合物3kg。
其中，聚丙烯酸钠为食品级，有效物质含量99％，生产厂家为江苏采薇生物科技有限公司。羧甲基纤维素为中粘羧甲基纤维素。
本对比例的环糊精聚合物与实施例1相同。
本对比例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例1相同。
对比例2
本对比例的钻井液用环保提切剂，由如下重量的原料制成：水35.8kg、聚丙烯酸钠10kg、羧甲基纤维素2.5kg、大豆蛋白1.5kg、环糊精聚合物5kg。
其中，聚丙烯酸钠为食品级，有效物质含量99％，生产厂家为江苏采薇生物科技有限公司。羧甲基纤维素为中粘羧甲基纤维素。
本对比例的环糊精聚合物与实施例1相同。
本对比例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例1相同。
对比例3
本对比例的钻井液用环保提切剂，由如下重量的原料制成：水35kg、聚丙烯酸钠10kg、羧甲基纤维素2.5kg、二甲基亚砜0.8kg、大豆蛋白1.5kg、羟丙基β-环糊精5kg。
本对比例的环糊精聚合物与实施例1相同。
本对比例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例1相同。
对比例4
本对比例的钻井液用环保提切剂，由如下重量的原料制成：水35kg、二甲基亚砜0.8kg、大豆蛋白1.5kg、羟丙基β-环糊精17.5kg。
本对比例的环糊精聚合物与实施例1相同。
本对比例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例1相同。
对比例5
本对比例的钻井液用环保提切剂与实施例3的不同之处在于：原料中环糊精聚合物的制备方法中，环糊精为β-环糊精，其他的与实施例3相同。
本对比例的环糊精聚合物的制备方法与实施例3相同。
本对比例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例3相同。
对比例6
本对比例的钻井液用环保提切剂与实施例3的不同之处在于：原料中环糊精聚合物的制备方法中，环糊精由α-环糊精、羟丙基β-环糊精、磺丁基-环糊精按质量比1.5:2:1.8组成，其他的与实施例3相同。
本对比例的环糊精聚合物的制备方法与实施例3相同。
本对比例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例3相同。
对比例7
本对比例的钻井液用环保提切剂与实施例8的不同之处在于：原料中环糊精聚合物的制备方法中，环糊精和环氧氯丙烷的物质的量比为1:3，其他的与实施例8相同。
本对比例的环糊精聚合物的制备方法与实施例8相同。
本对比例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例8相同。
对比例8
本对比例的钻井液用环保提切剂与实施例9的不同之处在于：原料中环糊精聚合物的制备方法中，引发剂由如下质量分数的原料组成：40％氢氧化钠、20％醇胺、余量为水，其他的与实施例9相同。
其中，醇胺为二乙醇胺。
本对比例的环糊精聚合物的制备方法与实施例9相同。
本对比例的钻井液用环保提切剂的制备方法与实施例9相同。
对比例9
本对比例的钻井液用环保提切剂，由如下重量的原料制成：水35kg、二甲基二烯丙基氯化铵kg、丙烯酰氧丁磺酸2.5kg、N-乙烯基吡咯烷酮7.3kg。
本对比例的钻井液用环保提切剂的制备方法包括：将配方量的原料在容器内混合均匀即得。
性能检测试验
检测方法
取实施例1-15以及对比例1-9的钻井液用环保提切剂，用流变仪测定热滚前的表观粘度值和热滚后的表观粘度值；采用发光细菌法测试生物毒性指标EC50，ECO50数值大于20000mg/L则属于无毒；通过5d生化需氧量与化学需氧量的比值(BOD5/COD-cr)评价生物降解性，BOD5/COD-cr数值大于0.05属于易降解范围，综合测试结果如表1所示。
表1实施例1-15以及对比例1-9的钻井液用环保提切剂的性能测试数据
Figure BDA0003862641690000091
Figure BDA0003862641690000101
分析实施例1-3以及对比例1、对比例2、对比例9并结合表1可以看出，优化和调整原料的组成配比，调整聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素以及环糊精聚合物的比例，可以看出，按实施例3的组成配比制备的提切剂的使用性能和环保性能更好。并且通过对比例2可以看出，二甲基亚砜的加入改善了提切剂的分散状态，提切剂的热滚前表观粘度和热滚后表观粘度都较好。
分析实施例4-8、对比例3-6并结合表1可以看出，进一步调整优化环糊精的种类组成配比，改善提切剂的使用性能和环保性能，其中，实施例7的提切剂的BOD5/COD-cr相较于对比例4提升了194.7％。
分析实施例9-10、实施例11-13、对比例7-8并结合表1可以看出，优化和调整环糊精和环氧氯丙烷的物质的量比以及引发剂的组成配比，进一步提升了提切剂的环保性能和使用性能。
分析实施例14、实施例15并结合表1可以看出，硫酸软骨素的加入进一步提升了提切剂的使用性能和环保性能，其中实施例15的热滚前表观粘度达到15.6，热滚后的表观粘度达到13.6，BOD5/COD-cr相较于实施例12提升了0.015。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种钻井液用环保提切剂，其特征在于，主要由如下重量份数的原料制成：水35-50份、聚丙烯酸钠10-25份、羧甲基纤维素2.5-6份、二甲基亚砜0.8-1.5份、大豆蛋白1.5-3份、环糊精聚合物5-15份；
所述环糊精聚合物采用包括如下步骤的方法制成：
1）：将环糊精和环氧氯丙烷混合均匀制得混合物；
2）：将引发剂加入混合物内，不断搅拌下反应后即得。
2.根据权利要求1所述的一种钻井液用环保提切剂，其特征在于，所述环糊精为α-环糊精、羟丙基β-环糊精、磺丁基-环糊精中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的一种钻井液用环保提切剂，其特征在于，所述环糊精由α-环糊精、羟丙基β-环糊精、磺丁基-环糊精按质量比(2.2-3.5):(0.5-1):(1.6-2.3)组成。
4.根据权利要求1所述的一种钻井液用环保提切剂，其特征在于，所述环糊精和环氧氯丙烷的物质的量比为1:(5-8.5)。
5.根据权利要求1所述的一种钻井液用环保提切剂，其特征在于，所述引发剂由如下质量分数的原料组成：30-40%氢氧化钠、10-20%醇胺、余量为水。
6.根据权利要求1所述的一种钻井液用环保提切剂，其特征在于，所述醇胺为三乙醇胺、N,N-二乙基乙醇胺、3-丙醇胺中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种钻井液用环保提切剂，其特征在于，所述原料中还包括(2-3.5)重量份数的硫酸软骨素。
8.一种如权利要求1-6任一所述的钻井液用环保提切剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将配方量的水、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、大豆蛋白混合均匀制得粘聚体；
S2：将二甲基亚砜、环糊精聚合物与粘聚体高速搅拌混合均匀即得。
9.根据权利要求8所述的一种钻井液用环保提切剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中将二甲基亚砜、环糊精聚合物与粘聚体高速搅拌混合均匀时，还包括添加硫酸软骨素的步骤。
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