CN115490801A - 一种钻井液用降粘剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油钻探钻井液用降粘剂技术领域，具体涉及一种钻井液用降粘剂及其制备方法。该钻井液用降粘剂包括以下原料：水、UV光固化单体酯化工艺产生的废水浓缩液、次磷酸钠、丙烯酸、烯丙基三甲基氯化铵、丙烯磺酸钠、氢氧化钠、硫代硫酸钠和过硫酸铵。本发明降粘剂在制备时不会产生大量的可挥发性气体所产生的白烟，不会对环境造成污染，也不受到季节和天气变化的影响，可以进行规模化生产，从而提高产量。
Description
技术领域
本发明属于石油钻探钻井液用降粘剂技术领域，具体涉及一种钻井液用降粘剂及其制备方法。
背景技术
在石油钻井施工过程中随着钻井的深度增加，钻井液受到温度升高的影响，钻井液中粘土、钻屑等发生高温分散，促使钻井液出现高温稠化，导致钻井液黏度增大，流动性变差。因此，在钻井液使用和维护的过程中，经常需要加入降粘剂，以降低钻井液的粘度，以保持其良好的流变性。
之前，所使用的聚合物粉剂降粘剂多是采用爆聚生产工艺，所采用的工艺是将丙烯酸、阳离子、磺酸钠倒入搅拌容器中，混匀后，人工搅拌，加入催化剂，然后倒到铺满纯碱的地面上，引发聚爆而成。但是这种工艺在聚爆反应过程中会产生大量可挥发性气体白烟废气，大量的可挥发性气体白烟废气会给环境带来污染，而且这种工艺的日产量低，劳动强度大，室外生产还会受到季节和天气变化的影响。对现有工艺的改进一直是技术人员所期望实现的。
在UV光固化单体的生产中，采用多元醇与过量的丙烯酸及酸性催化剂在溶剂中酯化反应，酯化反应完成后，再用碱性溶液与之中和洗涤，在这个过程中会产生大量的废水，基本上生产一吨的UV光固化单体及多种生化处理就会产生一吨多的废水，废水量很大，处理起来也比较麻烦，需要经过五次水洗才能达到排放的标准。在UV树脂的生产中要避免丙烯酸聚合，因此废水中的添加剂较多，像阻聚剂等，导致实现废水的重新利用一直还没有被很好地突破。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钻井液用降粘剂及其制备方法，以解决现有工艺存在空气污染的技术问题。
本发明所采用的技术方案为：
一种钻井液用降粘剂，包括以下质量份数的原料：水660-1010份、UV光固化单体酯化工艺产生的废水浓缩液30-40份、次磷酸钠3-5份、丙烯酸20-30份、烯丙基三甲基氯化铵20-30份、丙烯磺酸钠10-20份、氢氧化钠5-15份、硫代硫酸钠1-3份和过硫酸铵1-3份。
所述UV光固化单体酯化工艺产生的废水的浓缩液是UV光固化单体酯化产生的废水浓缩而成，浓缩后废水浓度为40％。
钻井液用降粘剂的制备方法，包括以下步骤：按比例取各原料，
1.将氢氧化钠溶解在水中与UV光固化单体酯化产生的废水浓缩液混合搅拌20mim，
2.加入次磷酸钠搅拌5min；
3.然后依次加入丙烯酸、烯丙基三甲基氯化铵、丙烯磺酸钠，继续搅拌30min；4.再加入硫代硫酸钠和过硫酸铵，聚合产生的热使体系升温至80-90℃，反应1h，降温后制得降粘剂。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
1、本发明将UV光固化单体酯化工艺产生的废水进行了再利用，UV光固化单体酯化过程中，丙烯酸处于过量的状态，因此，废水中含有一定的丙烯酸，废水经过一定的浓缩后，其中的有效成分达到可利用的有效浓度。本发明的一个关键在于利用UV光固化单体酯化工艺产生的废水浓缩液的时候要加入次磷酸钠，次磷酸钠加入后会与废水浓缩液中的丙烯酸进行反应，生成了磷酸亚基丙烯酸，磷酸亚基丙烯酸聚合后具有优良的螯合作用，将废水中残留的阻聚剂对羟基苯甲醚进行螯合，使对羟基苯甲醚失去阻聚作用，从而避免阻聚剂对本发明中聚合反应的影响。
2、本发明中，次磷酸钠、丙烯酸钠、丙烯磺酸钠、烯丙基三甲基氯化铵发生聚合反应，生成一定相对分子质量的降粘剂，本发明所制得降粘剂的相对分子质量是5000-10000。反应过程如下：
3、次磷酸钠在本发明中还作为链转移剂，次磷酸基团在聚合反应中定量捕捉由过硫酸铵-硫代硫酸钠引发剂在氧化还原反应过程中产生的自由基，使丙烯酸等单体的链增长受到抑制，达到控制分子量的效果。
4、本发明选择了过硫酸铵-硫代硫酸钠作为复合氧化还原引发体系，这个复合引发体系可以使聚合反应的活化能降低，起始温度降低，聚合时间缩短，得到分子量分布窄的产品。
5、本发明所采用的废水中还含有一种物质苯甲基磺酸钠，这个物质在本发明还可以充当催化剂的作用，能够促进聚合反应的进行。
6、本发明降粘剂在制备时不会产生大量的可挥发性气体白烟，不会对环境造成污染，也不受到季节和天气变化的影响，可以进行规模化生产，从而提高产量。
附图说明
图1为实施例1制得的产品外观图。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
实施例1：
一种钻井液用降粘剂，包括以下原料：水905g，UV光固化单体酯化工艺产生的废水浓缩液350g、次磷酸钠40g、丙烯酸250g、烯丙基三甲基氯化铵250g、丙烯磺酸钠150g、氢氧化钠100g、硫代硫酸钠20g和过硫酸铵20g。产品外观图如图1所示。
实施例2：
一种钻井液用降粘剂，包括以下原料：水1010g，UV光固化单体酯化工艺产生的废水浓缩液300g、次磷酸钠50g、丙烯酸200g、烯丙基三甲基氯化铵300g、丙烯磺酸钠100g、氢氧化钠150g、硫代硫酸钠10g和过硫酸铵30g。
实施例3：
一种钻井液用降粘剂，包括以下原料：水660g，UV光固化单体酯化工艺产生的废水浓缩液400g、次磷酸钠30g、丙烯酸300g、烯丙基三甲基氯化铵200g、丙烯磺酸钠200g、氢氧化钠50g、硫代硫酸钠30g和过硫酸铵10g。
实施例1-3的降粘剂制备时，将UV光固化单体酯化工艺产生的废水进行浓缩，浓缩至废水浓度为50％，然后按量取各原料，将废水浓缩液先与氢氧化钠溶液混合到一起并进行搅拌20mim，然后加入次磷酸钠搅拌5min溶解，再依次加入丙烯酸、烯丙基三甲基氯化铵、丙烯磺酸钠，继续搅拌30min溶解，最后加入硫代硫酸钠和过硫酸铵，聚合产生的热使体系升温至80-90℃，反应1h，降温后制得。
实施例4：
一种钻井液用降粘剂，包括以下原料：水905份，UV光固化单体酯化工艺产生的废水浓缩液350g、丙烯酸250g、烯丙基三甲基氯化铵250g、丙烯磺酸钠150g、氢氧化钠100g、硫代硫酸钠20g和过硫酸铵20g。
制备时参考实施例1-3的方法。
实施例5：
一种钻井液用降粘剂，包括以下原料：水905份，UV光固化单体酯化工艺产生的废水浓缩液350g、次磷酸钠10g、丙烯酸250g、烯丙基三甲基氯化铵250g、丙烯磺酸钠150g、氢氧化钠100g、硫代硫酸钠20g和过硫酸铵20g。
制备时参考实施例1-3的方法。
实施例6：
一种钻井液用降粘剂，包括以下原料：水905份，UV光固化单体酯化工艺产生的废水浓缩液350g、异丙醇40g、丙烯酸250g、烯丙基三甲基氯化铵250g、丙烯磺酸钠150g、氢氧化钠100g、硫代硫酸钠20g和过硫酸铵20g。
制备时参考实施例1-3的方法。
实施例7：
一种钻井液用降粘剂，包括以下原料：水905份，UV光固化单体酯化工艺产生的废水浓缩液350g、巯基乙醇40g、丙烯酸250g、烯丙基三甲基氯化铵250g、丙烯磺酸钠150g、氢氧化钠100g、硫代硫酸钠20g和过硫酸铵20g。
制备时参考实施例1-3的方法。
对实施例1-7制得的降粘剂进行性能测定，结果如下表：
可以看出，本发明中链转移剂的选择非常关键，当链转移剂选择的不合适时，直接影响降粘剂的含量和降粘剂的分子量，所制得降粘剂的降粘率也受到比较大的影响。当不添加次磷酸钠时，受到废水中残留的羟基苯甲醚阻聚影响，聚合反应直接受到影响，聚合后的降粘剂分子量也不理想，随之降粘率也就更低。
本发明中，密度、常温降粘率、180℃热滚16h后降粘率％的测定方法如下所示：
一、密度的测定
在恒温(20±0.1)℃下测定，将钻井液用降粘剂样品注入清洁、干燥的量筒内，不得有气泡，将量筒置于(20±0.1)℃的恒温水温中。待温度恒定后，将清洁干燥的密度计缓缓地放入试样中，其下端应离筒底2cm以上，不能与筒壁接触，密度计的上端露出在液面外部分所沾液体不得超过(2～3)分度，待密度计在液体中稳定后，读出密度计弯月面下缘的刻度，即为20℃时试样的密度。
二、降黏率
1、室温降黏率基浆的配制
在400mL蒸馏水中分别加入钻井液试验配浆用膨润土26.0g(称准至0.01g)和无水碳0.84g(称准至0.01g)，累计高速搅拌20min，期间至少停两次，以刮下黏附在容器壁上的土，缓慢加入聚丙烯酰胺(PAM)0.40g(称准至0.01g)，累计高速搅拌20min，期间至少停两次以刮下黏附在容器壁上的土和聚丙烯酰胺，在25℃±3℃下密闭养护24h，即为基浆。
配制好的基浆高速搅拌5min，按GB/T 16783.1的规定测100r/min读值，其值应在80～120范围内。否则应调整土的加量。
2、室温降黏率的测定
取配好的基浆400mL两份，边揽拌边加入0.7g(称准至0.01g)试样，继续高速搅拌10min，立即测100r/min读值。按下面公式计算降黏率：
式中：
DI1-室温降黏率，用百分数表示；
R100-基浆100r/min的读值；
R1001-基浆加样品后100r/min时的读值。
3、180℃降黏率的测定
在高速搅拌器中加入400ml蒸馏水，边搅拌边缓慢加入32.0g(称准至0.01g)膨润土，无水碳酸钠0.84g(称准至0.01g)高速搅拌20min，期间至少暂停2次，以把杯壁和叶片上的粘土刮入杯中，倒入密闭容器中室温养护24h。取养护好的基浆，用低速搅拌器边搅拌边加入重晶石粉，将基浆密度提高到1.5g/cm3，再低速搅拌30min，立即用粘度计测其在转速100r/min时的粘度值，其值应在60-80之间。否则应调整土的加量。
取配置好的基浆400ml，加入6g钻井液用降粘剂，高速搅拌20min，装入老化罐中，在180℃下热滚16h，取出冷却至室温，高速搅拌5min，立即测100r/min读值。按下面公式计算降黏率：
式中：
DI2-高温降黏率，用百分数表示；
R100-基浆100r/min的读值；
R1001-基浆加样品热滚后100r/min时的读值。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种钻井液用降粘剂，其特征在于，包括以下质量份数的原料：水660-1010份、UV光固化单体酯化工艺产生的废水浓缩液30-40份、次磷酸钠3-5份、丙烯酸20-30份、烯丙基三甲基氯化铵20-30份、丙烯磺酸钠10-20份、氢氧化钠5-15份、硫代硫酸钠1-3份和过硫酸铵1-3份。
2.如权利要求1所述的钻井液用降粘剂，其特征在于，所述UV光固化单体酯化工艺产生的废水的浓缩液是UV光固化单体酯化工艺产生的废水浓缩而成，浓缩后废水浓度为40%。
3.权利要求1所述钻井液用降粘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按比例称取各原料，将氢氧化钠与UV光固化单体酯化工艺产生的废水浓缩液混合搅拌溶解，而后加入次磷酸钠搅拌溶解，然后依次再加入丙烯酸、烯丙基三甲基氯化铵、丙烯磺酸钠，继续搅拌溶解，再加入硫代硫酸钠和过硫酸铵，聚合产生的热使体系升温至80-90℃，反应1h，降温后制得降粘剂。
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|---|---|---|---|---|
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| CN104312548A (zh) * | 2014-08-22 | 2015-01-28 | 中国石油化工集团公司 | 一种含磷抗高温钻井液降粘剂及其制备方法 |
| CN111253525A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-06-09 | 四川大学 | （甲基）丙烯酸废水的处理和资源化利用的方法 |
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