CN116535567A - 一种棕榈油基钻井液用降滤失剂、制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子化合物的组合物领域，提供了一种棕榈油基钻井液用降滤失剂、制备方法及其应用，本发明由丙烯酰胺单体、顺丁烯二酸单体、引发剂、有机相、乳化剂等采用反相乳液聚合法，经搅拌、加热、洗涤、干燥和研磨得到。本发明应用在棕榈油基钻井液中具有良好的降滤失效果，可以满足棕榈油基钻井液对降滤失剂的基本要求。
Description
技术领域
本发明涉及高分子化合物的组合物领域，具体而言，涉及一种棕榈油基钻井液用降滤失剂、制备方法及其应用。
背景技术
降滤失剂是油基钻井液体系中不可或缺的重要组分之一，主要作用是使钻井液在井壁上形成一层薄而致密的泥饼从而降低滤失量，保持井眼稳定还可以减少工作液中的液固相侵入地层、损害储层，是一种重要的钻井液处理剂。在油基钻井液降滤失剂中常用的沥青类降滤失剂具有成本低，来源广的优势，但沥青类降滤失剂用量大，影响机械钻速，对环境污染严重且较难处理和降解。而改性腐殖酸类的降滤失剂也因较高的生物毒性难以适应日益严格的环保规定。聚合物类降滤失剂却依靠用量小、性能好、单体选择性广等一系列优势拥有广阔的应用前景。
棕榈油是一种植物油，主要成分是各类饱和脂肪酸的混合物，与常见的白油或柴油成分差异较大，常规油基降滤失剂在棕榈油中分散性较差，因此研制一款棕榈油基钻井液用降滤失剂是将棕榈油作为钻井液基油的关键。高分子聚合物类降滤失剂不仅可以形成较厚的水化膜还能利用自身封堵住超微孔隙，同时其可以多点联接黏附固相组分使泥饼具有良好的韧性。丙烯酰胺类聚合物是一类功能性极强的高分子聚合物，常被用作封堵剂、堵漏剂、压裂液添加剂等，被广泛应用于石油化工领域。丙烯酰胺的合成方法主要包括：溶液聚合法、悬浮聚合法和反相微乳液聚合法等，乳液聚合是指单体被乳化以乳液状分散在水中发生聚合反应，通常乳液聚合为水包油型，而反相微乳液聚合为反应单体被乳化剂分散在有机相中形成油包水状态的反应方法。反相微乳液聚合法具有产物粒径均匀和反应速率快的优点，本发明即是采用反相微乳液聚合法，以丙烯酰胺和顺丁烯二酸为单体，制备一种棕榈油基钻井液用降滤失剂。
发明内容
本发明提供一种棕榈油基钻井液用降滤失剂、制备方法及其应用，能够有效解决常规降滤失剂与棕榈油配伍性差和对环境污染严重的问题。为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种棕榈油基钻井液用降滤失剂，有以下重量成分组成：
有机相100重量份、丙烯酰胺3-4重量份、顺丁烯二酸4-6重量份，乳化剂4-8重量份、引发剂0.5-4重量份、去离子水30重量份、破乳剂2-6重量份。
优选的，所述有机相包括环己烷，正丙醇，异丙醇，正丁醇、异丁醇，进一步的优选为环己烷。
优选的，所述乳化剂包括Span85、Span80、Span60，Tween80、Tween20，进一步的优选为Span80。
优选的，所述的引发剂包括过氧化十二酰、偶氮二异丁腈、过硫酸铵，进一步的优选为过硫酸铵。
优选的，所述破乳剂包括石油醚、聚二甲基氯化铵、十二烷基硫酸钠，进一步的优选为石油醚。
在本发明的一些具体实施方式中，所述的引发剂用量为0.5-4重量份，破乳剂为2-6重量份，为了进一步提高降滤失效果，优选为引发剂0.5-2重量份，破乳剂3-5重量份。
进一步的，本发明还提供了一种棕榈油基钻井液用降滤失剂的制备方法，其制备方法按如下步骤进行：
（1）将3-4份丙烯酰胺单体溶于去离子水中，用保鲜膜将烧杯口封好置于磁力搅拌器上搅拌，记为A溶液，待用；
（2）将4-6份顺丁烯二酸单体溶于去离子水中，用保鲜膜将烧杯口封好置于磁力搅拌器上搅拌，记为B溶液，待用；
（3）将有机相加入三口烧瓶中，然后将A溶液加入三口烧瓶中；
（4）将乳化剂加入三口烧瓶中，搅拌15分钟后将B溶液加入三口烧瓶中；
（5）将引发剂溶于去离子水中，加入三口烧瓶中，在25-70℃恒温搅拌0.5-2小时，发生聚合反应，反应示意图见附图1；
（6）反应结束后，加入破乳剂破乳，将溶液转移至分液漏斗中静置2小时；
（7）回收水相并用无水乙醇洗涤三遍；
（8）将步骤（7）得到的产物于90-110℃下干燥，研磨、过筛后得到成品。
上述方案中步骤（8）中过筛使用200目标准筛。
本发明所提供的棕榈油基钻井液用降滤失剂以丙烯酰胺和顺丁烯二酸为单体，以过硫酸铵为引发剂，采用反相微乳液聚合法来制备降滤失剂，所得产品具有加量小，降滤失性能好，在棕榈油中分散性好等优点，并且能同时兼顾环保和成本等要素，具有广阔的应用前景。
本发明第二方面提供一种本发明所制备降滤失剂在棕榈油基钻井液中的应用，该棕榈油基钻井液由如上所述的降滤失剂和其他处理剂混合制得。
本发明第三方面提供一种制备棕榈油基钻井液的方法，该方法包括如下成分组成：以100份重量的棕榈油为基准、主乳化剂4重量份、辅乳化剂2重量份、有机土6重量份、降滤失剂2重量份、润湿剂3重量份、抑制剂20重量份。
通过上述技术方案，本方案具有如下优势：
（1）本发明所制备的棕榈油基钻井液用降滤失剂在棕榈油中分散性更强，与常规油基降滤失剂相比有着更低的API滤失量。
（2）针对油基钻井液污染较为严重的问题，采用植物油棕榈油作为钻井液基液，具有良好的生物可降解性，生态毒性低，对海洋和海洋生物的污染较小。
（3）与矿物油基和常规的合成基钻井液相比，棕榈油钻井液废弃物的处理费用低，棕榈油饱和脂肪酸含量高，稳定性能较好。
附图说明
图1为制备本降滤失剂的聚合反应示意图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种棕榈油基钻井液用聚合物降滤失剂制备方法，有以下成分制得：有机相、丙烯酰胺单体、顺丁烯二酸单体、乳化剂、引发剂、去离子水、破乳剂，其中以有机相100重量份为基准、丙烯酰胺3-4重量份、顺丁烯二酸4-6重量份、乳化剂4-8重量份、引发剂0.5-2重量份、去离子水30重量份、破乳剂3-5重量份，所发生的聚合反应示意图见附图1。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体制备例对本发明进行进一步详细说明。以下制备例和对比制备例中，若无特别说明的情况下，所用原料均为市售品。
制备例1
具体配方：丙烯酰胺3克，顺丁烯二酸4克，有机相环己烷100克，过硫酸铵0.5克，石油醚3克，去离子水30克，Span80 4克。
（1）将3克丙烯酰胺溶于10克去离子水中，用保鲜膜封住杯口置于磁力搅拌器上搅拌，记为A溶液，备用；
（2）将4克顺丁烯二酸溶于10克去离子水中，用保鲜膜封住杯口置于磁力搅拌器上搅拌，记为B溶液，备用；
（3）将100克环己烷加入三口烧瓶中，然后加入A溶液；
（4）将4克Span80加入三口烧瓶中，搅拌15分钟后加入B溶液；
（5）将0.5克过硫酸铵溶于10克去离子水后加入三口烧瓶中，恒温25℃搅拌1.5小时，反应示意图见附图1；
（6）加入3克石油醚破乳，将所得溶液转移至分液漏斗中静置2小时；
（7）取出下层水相并用无水乙醇洗涤三遍；
（8）将所得溶液放在干燥箱中90℃干燥，所得固体研磨后过200目标准筛，即得棕榈油基钻井液用降滤失剂记为A1。
制备例2
具体配方：丙烯酰胺3克，顺丁烯二酸5克，有机相环己烷100克，过硫酸铵1克，石油醚4克，去离子水30克，Span80 6克。
（1）将3克丙烯酰胺溶于10克去离子水中，用保鲜膜封住杯口置于磁力搅拌器上搅拌，记为A溶液，备用；
（2）将5克顺丁烯二酸溶于10克去离子水中，用保鲜膜封住杯口置于磁力搅拌器上搅拌，记为B溶液，备用；
（3）将100克环己烷加入三口烧瓶中，然后加入A溶液；
（4）将6克Span80加入三口烧瓶中，搅拌15分钟后加入B溶液；
（5）将1克过硫酸铵溶于10克去离子水后加入三口烧瓶中，恒温50℃搅拌0.5小时，反应示意图见附图1；
（6）加入4克石油醚破乳，将所得溶液转移至分液漏斗中静置2小时；
（7）取出下层水相并用无水乙醇洗涤三遍；
（8）将所得溶液放在干燥箱中100℃干燥，所得固体研磨后过200目标准筛，即得棕榈油基钻井液用降滤失剂记为A2。
制备例3
具体配方：丙烯酰胺4克，顺丁烯二酸6克，有机相环己烷100克，过硫酸铵1.5克，石油醚5克，去离子水30克，Span80 7克。
（1）将4克丙烯酰胺溶于10克去离子水中，用保鲜膜封住杯口置于磁力搅拌器上搅拌，记为A溶液，备用；
（2）将6克顺丁烯二酸溶于10克去离子水中，用保鲜膜封住杯口置于磁力搅拌器上搅拌，记为B溶液，备用；
（3）将100克环己烷加入三口烧瓶中，然后加入A溶液；
（4）将7克Span80加入三口烧瓶中，搅拌15分钟后加入B溶液；
（5）将1.5克过硫酸铵溶于10克去离子水后加入三口烧瓶中，恒温60℃搅拌1小时，反应示意图见附图1；
（6）加入5克石油醚破乳，将所得溶液转移至分液漏斗中静置2小时；
（7）取出下层水相并用无水乙醇洗涤三遍；
（8）将所得溶液放在干燥箱中110℃干燥，所得固体研磨后过200目标准筛，即得棕榈油基钻井液用降滤失剂记为A3。
制备例4
具体配方：丙烯酰胺3克，顺丁烯二酸6克，有机相环己烷100克，过硫酸铵2克，石油醚5克，去离子水30克，Span80 8克。
（1）将3克丙烯酰胺溶于10克去离子水中，用保鲜膜封住杯口置于磁力搅拌器上搅拌，记为A溶液，备用；
（2）将6克顺丁烯二酸溶于10克去离子水中，用保鲜膜封住杯口置于磁力搅拌器上搅拌，记为B溶液，备用；
（3）将100克环己烷加入三口烧瓶中，然后加入A溶液；
（4）将8克Span80加入三口烧瓶中，搅拌15分钟后加入B溶液；
（5）将2克过硫酸铵溶于10克去离子水后加入三口烧瓶中，恒温70℃搅拌2小时，反应示意图见附图1；
（6）加入5克石油醚破乳，将所得溶液转移至分液漏斗中静置2小时；
（7）取出下层水相并用无水乙醇洗涤三遍；
（8）将所得溶液放在干燥箱中110℃干燥，所得固体研磨后过200目标准筛，即得棕榈油基钻井液用降滤失剂记为A4。
对比制备例1
按照与制备例1相同的方法制备降滤失剂，不同的是，步骤（5）中未加入过硫酸铵，所得棕榈油基钻井液用降滤失剂记为D1。
对比制备例2
按照与制备例2相同的方法制备棕榈油基钻井液用降滤失剂，不同的是，步骤（4）中未加入Span80，所得棕榈油基钻井液用降滤失剂记为D2。
对比制备例3
按照与制备例3相同的方法制备棕榈油基钻井液用降滤失剂，不同的是，步骤（3）中有机相为乙醇，所得棕榈油基钻井液用降滤失剂记为D3。
对比制备例4
按照与制备例4相同的方法制备棕榈油基钻井液用降滤失剂，不同的是，步骤（5）中反应温度为80℃，所得棕榈油基钻井液用降滤失剂记为D4。
本发明第二方面提供一种本发明所制备降滤失剂在棕榈油基钻井液中的应用，该棕榈油基钻井液由如上所述的降滤失剂和其他处理剂混合制得。
本发明第三方面提供一种制备棕榈油基钻井液的方法，该方法包括如下步骤，将基础液依次与乳化剂、辅乳化剂、有机土、降滤失剂、润湿剂和抑制剂进行混合，得到棕榈油基钻井液。以100重量份的棕榈油为基准，主乳化剂4重量份，辅乳化剂2重量份，有机土6重量份，降滤失剂2重量份，润湿剂3重量份，抑制剂20重量份。所用处理剂若无特殊说明的情况时均为市售品，其中，棕榈油购自广州润权化工有限公司，主乳化剂MOEMUL和辅乳化剂MOCOAT购自湖北汉科新技术股份有限公司，有机土WSG-120F购自上海万照精细化工有限公司，通过实施例配制一种棕榈油基钻井液基浆评价所合成降滤失剂的降滤失性能。
实施例1：称取400克棕榈油倒入高搅杯中，在10000r/min高搅条件下，加入16克主乳化剂MOEMUL、8克辅乳化剂MOCOAT、24克有机土WSG-120F，12克润湿剂十二烷基三甲基溴化铵，80克氯化钙溶液（25%质量浓度），8克制备例1所得降滤失剂A1，在10000r/min高搅20分钟，得到棕榈油基钻井液Z1，测量其API滤失量。
实施例2：其余特征与实施例1相同，所不同的是将8克制备例2所得降滤失剂A2在高搅条件下加入基浆中，得到棕榈油基钻井液Z2，测量其API滤失量。
实施例3：其余特征与实施例1相同，所不同的是将8克制备例3所得降滤失剂A3在高搅条件下加入基浆中，得到棕榈油基钻井液Z3，测量其API滤失量。
实施例4：其余特征与实施例1相同，所不同的是将8克制备例4所得降滤失剂A4在高搅条件下加入基浆中，得到棕榈油基钻井液Z4，测量其API滤失量。
实施例5：其余特征与实施例1相同，所不同的是将8克对比制备例1所得降滤失剂D1在高搅条件下加入基浆中，得到棕榈油基钻井液Z5，测量其API滤失量。
实施例6：其余特征与实施例1相同，所不同的是将8克对比制备例2所得降滤失剂D2在高搅条件下加入基浆中，得到棕榈油基钻井液Z6，测量其API滤失量。
实施例7：其余特征与实施例1相同，所不同的是将8克对比制备例3所得降滤失剂D3在高搅条件下加入基浆中，得到棕榈油基钻井液Z7，测量其API滤失量。
实施例8：其余特征与实施例1相同，所不同的是将8克对比制备例4所得降滤失剂D4在高搅条件下加入基浆中，得到棕榈油基钻井液Z8，测量其API滤失量。
实施例9：其余特征与实施例1相同，所不同的是不加降滤失剂，得到棕榈油基钻井液Z9，测量其API滤失量。
实施例10：其余特征与实施例1相同，所不同是加入8克市售某降滤失剂，得到棕榈油基钻井液Z10，测量其API滤失量。
表1 棕榈油基钻井液API滤失量
| 测试组 | API滤失量/mL |
| Z1 | 15 |
| Z2 | 17 |
| Z3 | 20 |
| Z4 | 21 |
| Z5 | 36 |
| Z6 | 29 |
| Z7 | 38 |
| Z8 | 31 |
| Z9 | 57 |
| Z10 | 33 |
根据表1数据可知，实施例Z1、Z2、Z3、Z4按本发明所提供的方法制备的棕榈油基钻井液用降滤失剂加入基浆以后，与实施例Z5、Z6、Z7、Z8相比API滤失量显著降低，而实施例Z9由于没有添加降滤失剂，与其他例相比API滤失量最大，说明所合成的棕榈油基钻井液用降滤失剂在棕榈油基钻井液中有良好的降滤失效果，实施例Z1、Z2、Z3、Z4比Z10的API滤失量更低，说明所合成的棕榈油基降滤失剂与棕榈油基钻井液有更好的配伍性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种棕榈油基钻井液用降滤失剂，其特征在于：由如下重量份组分制成：有机相100重量份，丙烯酰胺3-4重量份，顺丁烯二酸4-6重量份，乳化剂4-8重量份，引发剂0.5-4重量份，去离子水30重量份，破乳剂2-6重量份。
2.根据权利要求1所述的棕榈油基钻井液用降滤失剂，其特征在于：所述有机相为环己烷，所述引发剂为过硫酸铵，所述破乳剂为石油醚。
3.根据权利要求1所述的棕榈油基钻井液用降滤失剂，其特征在于：所述乳化剂为Span80。
4.一种棕榈油基钻井液用降滤失剂的制备方法，其特征在于包括以下制备步骤：
（1）将3-4重量份丙烯酰胺单体溶于10重量份去离子水中，用保鲜膜将烧杯口封好置于磁力搅拌器上搅拌，记为A溶液，备用；
（2）将4-6重量份顺丁烯二酸单体溶于10重量份去离子水中，用保鲜膜将烧杯口封好置于磁力搅拌器上搅拌，记为B溶液，备用；
（3）将有机相加入三口烧瓶中，然后将A溶液加入三口烧瓶中；
（4）将4-8重量份乳化剂加入三口烧瓶中，搅拌15分钟后将B溶液加入三口烧瓶中；
（5）将0.5-2重量份引发剂溶于去离子水中，加入三口烧瓶中，进行反应；
（6）反应结束后，加入2-6重量份破乳剂破乳，将溶液转移至分液漏斗中静置2小时；
（7）回收下层水相并用无水乙醇洗涤三遍；
（8）将步骤（7）得到的产物于90-110℃下干燥，研磨、过筛后得到成品。
5.根据权利要求4所述的棕榈油基钻井液用降滤失剂制备方法，其特征在于反应温度为25-70℃，反应时间为0.5-2小时。
6.根据权利要求1-3中任一所述的降滤失剂在棕榈油基钻井液中的应用，其特征在于：所述棕榈油基钻井液包括基础油和处理剂，所述处理剂包括主乳化剂、辅乳化剂、有机土、降滤失剂、润湿剂、抑制剂，以100重量份的棕榈油为基准、主乳化剂4重量份、辅乳化剂2重量份、有机土6重量份、降滤失剂2重量份、润湿剂3重量份、抑制剂20重量份，所述降滤失剂为本发明所制备的棕榈油基钻井液用降滤失剂。
7.根据权利要求6所述的降滤失剂在棕榈油基钻井液中的应用，其中，所述基础油为棕榈油、主乳化剂为MOEMUL、辅乳化剂为MOCOAT、有机土为WSG-120F，所述抑制剂为氯化钙溶液（25%质量浓度），所述润湿剂为十二烷基三甲基溴化铵。
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