CN1840604A - 一种改性碱法制浆废液钻井液降粘剂的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改性碱法制浆废液钻井液降粘剂的生产工艺，该工艺包括以下步骤：首先将造纸厂碱法制浆废液浓缩，使浓缩的废液其中木质素含量不小于25％－35％，然后放入带温控的反应釜中；然后是分步进行改性制备，而制得本发明的钻井液降粘剂。本发明的效果是使用该方法制得的新型降粘剂，具有抗温抗盐性能强、应用范围宽、无污染的品质。制作工艺操作简单方便，该降粘剂价格较低，而且达到对铁铬木质素磺酸盐(FCLS)处理效果。

Description

一种改性碱法制浆废液钻井液降粘剂的生产工艺

技术领域

本发明涉及一种改性碱法制浆废液钻井液降粘剂的生产工艺。

背景技术

降粘剂是钻井过程中不可缺少的钻井液处理剂，它对调节钻井液流变性起着非常重要的作用。

当今造纸厂绝大多数都是用碱法制浆，碱木素是碱法制浆黑液中的主要成分之一。因此，碱木素来源丰富，价格低廉。但因碱木素结构复杂且具有多分散性，水溶性又不理想，碱木素类油田化学品的产量同造纸工业排放黑液的规模相比很不相称。目前用于燃料以外的工业木素主要是木素磺酸盐，大量用于改性生产铁铬木素磺酸盐(FCLS)用作钻井液降粘剂。但由于木素磺酸盐产量极度减少，且使用铁铬木素磺酸盐(FCLS)存在铬污染，严重影响环境水质，目前包括我国在内的许多国家已明令禁止使用该助剂。因此，按国际健康-安全-环保标准和发展趋势，利用碱木素制备无污染、性能好、价格低廉的新型高效环保型钻井液用降粘剂，急待开发，这对于提高我国油田钻井开采技术、降低成本、减少污染，具有重要的现实意义。

低分子量聚合物通过与大分子聚合物形成稳定的络合物成为聚合物降粘剂，拆散聚合物之间形成的结构来消除聚合物的提粘效应。且能使大分子聚合物收缩脱水，能在黏土颗粒上吸附，拆散黏土之间形成的结构。如果聚合物降粘剂上带有磺化基团，则可提高降粘剂的抗温能力以及抗污染能力。无铬木素类降粘剂一般抗温能力不强，且需在高pH(10-12)时才有较好效果；无机降粘剂虽有较好的降粘性能，抗温性能好，但其抗盐性能不佳，有些对环境造成污染；有机降粘剂抗温尤其是抗盐性能好，但存在加量少，在现场应用时极易被消耗掉而需频繁多次加入，且成本较高，应用范围窄的缺点。目前，虽然已开发一些无铬的钻井液降粘剂，但或是存在效果较差、性能不稳定，或是用量大、价格偏高等等问题。

碱木素分子上具有含活泼氢的羟基和可被加成的双键，可引入各种亲水性基团，同时其分子上的芳香环及碳链亲油，因此碱木素具有一定的表面活性。通过改性可引入活性更强的基团，更有助于与聚合物接枝共聚制备新型高效无毒、降粘性能好、抗温抗盐及抗污染能力强的降粘剂。

发明内容

为解决上述技术中存在的问题以及开发本技术的可能性，本发明的目的是通过碱木素改性后与含阳离子基团以及阴离子基团的有机聚合物接枝共聚，而提供一种改性碱法制浆废液钻井液降粘剂的生产工艺，制得抗温抗盐性能强、应用范围宽、无污染、操作简单方便、价格较低的新型降粘剂。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种改性碱法制浆废液钻井液降粘剂的生产工艺，该工艺包括以下步骤：

a.原料选择

首先将造纸厂碱法制浆废液浓缩，使浓缩的废液其中木质素含量不小于25％-35％，然后放入带温控的反应釜中；

b.改性制备

第一步，在上述浓缩后的碱法木浆黑液中，按原料配比(重量％)加入4％-15％的亚硫酸钠、2％-9％的甲醛和一定量硫酸，混合均匀，加热到温度为60-90℃并保持该温度保温1-3小时；

第二步，再加入2％-5％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、3％-9％(AA)的丙烯酸，1％-6％的二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)，再加入适量的氢氧化钾(先溶于适量的水中)，调节体系pH保持在4-7范围内，保持温度至50-90℃；

第三步，然后缓慢加入1％-4％的引发剂(NH₄)₂Ce(NO₃)₆、0.5％-4％的络合剂FeSO₄，经不断搅拌，在所设定温度下反应0.5-2.0小时，反应完毕后，用NaOH溶液将反应物的pH值调至钻井泥浆所要求的值；

第四步，除去所含杂质，即得到固含量为30％-40％的液体产品——钻井液降粘剂。

本发明的效果是使用该方法制得的新型降粘剂，具有抗温抗盐性能强、应用范围宽、无污染的品质。制作工艺操作简单方便，该降粘剂价格较低，而且达到铁铬木质素磺酸盐(FCLS)的处理效果。

具体实施方式

结合实施例对本发明的一种改性碱法制浆废液钻井液降粘剂的生产工艺加以说明。

本发明的改性碱法制浆废液制备钻井液降粘剂的工艺是这样实现的：

浓缩的废液其中木质素含量不小于25％-35％，4％-6％亚硫酸钠、2％-9％甲醛，2％-3％2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、3％-9％丙烯酸，1％-6％二甲基二烯丙基氯化铵，1％-4％引发剂(NH₄)₂Ce(NO₃)₆、0.5％-4％络合剂FeSO₄，得到固含量为30％-40％的液体产品—钻井液降粘剂。

自制钻井液降粘剂应用实例一：

1.在淡水泥浆中的降粘效果

表1表明，降粘剂在淡水泥浆中具有好的降粘效果，加量在0.1％可显著降低井液的粘度和剪切应力。当加量达到0.3％时，降粘效果达到较佳水平。

           表1 样品加量对泥浆性能的影响

降粘剂加量/％	表观粘度/mPa·s	塑性粘度/mPa·s	动剪切力/Pa
				00.10.30.50.7	41.017.514.014.013.5	13.015.513.013.513.0	30.02.01.00.50.5

注：pH＝9

2.抗温性能

当用共聚物降粘剂处理泥浆时，在不同温度条件下流变性能的变化情况见表2。此表表明共聚物降粘剂具有较强的抗温能力，当老化温度超过150℃时，经其处理的钻井液的粘度和剪切应力变化幅度小。

                表2 抗温性能试验

温度/℃	表观粘度/mPa·s	塑性粘度/mPa·s	动剪切力/Pa
				室温120150180	14.016.016.518.0	13.014.515.015.0	1.01.01.53.0

注：处理时间均为16小时，pH值为9；基浆组成，10％膨涧土十0.3％共聚物

3.抗盐污染能力

在共聚物降粘剂处理的钻井液中加入不同量的NaCl，钻井液流变性受NaCl用量的影响见表3。表3表明NaCl用量的增加对钻井液流变性无明显影响，即使NaCl加量达30％，钻井液的粘度和剪切应力依然较低。

                表3 抗盐污染试验

NaCl加量％	表观粘度/mPa·s	塑性粘度/mPa·s	动剪切力/Pa
				041030	14.013.012.013.0	13.011.010.011.5	1.01.751.752.25

注：基浆组成：10％膨润土十0.3％共聚物降粘剂

4.抗钙污染能力

在用共聚物降粘剂处理的泥浆中加入CaCl₂，CaCl₂加量对泥浆流变性的影响见表4。表4表明，AMPS/AA共聚物降粘剂具有较强的抗钙污染能力，经其处理的泥浆在CaCl₂加量达1.0％时，泥浆的流变性无明显变化。

                表4 抗钙污染试验

CaCl2加量％	表观粘度/mPa·s	塑性粘度/mPa·s	动剪切力/Pa
				00.20.51.0	14.013.012.014.5	13.012.010.013.0	1.01.01.52.0

注：基浆组成，10％膨润土十0.3％共聚物

结论

共聚物用作钻井液降粘剂对钻井液具有良好的降粘效果且抗温、抗盐、抗高价金属离子污染能力强。

Claims (1)

1、一种改性碱法制浆废液钻井液降粘剂的生产工艺，该工艺包括以下步骤：

a.原料选择

首先将造纸厂碱法制浆废液浓缩，使浓缩的废液其中木质素含量不小于25％-35％，然后放入带温控的反应釜中；

b.改性制备

第一步，在上述浓缩后的碱法木浆黑液中，按原料配比(重量％)加入4％-15％的亚硫酸钠、2％-9％的甲醛和一定量硫酸，混合均匀，加热到温度为60-90℃并保持该温度保温1-3小时；

第二步，再加入2％-5％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、3％-9％(AA)的丙烯酸，1％-6％的二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)，再加入适量的氢氧化钾(先溶于适量的水中)，调节体系pH保持在4-7范围内，保持温度至50-90℃；

第三步，然后缓慢加入1％-4％的引发剂(NH₄)₂Ce(NO₃)₆、0.5％-4％的络合剂FeSO₄，经不断搅拌，在所设定温度下反应0.5-2.0小时，反应完毕后，用NaOH溶液将反应物的pH值调至钻井泥浆所要求的值；

第四步，除去所含杂质，即得到固含量为30％-40％的液体产品——钻井液降粘剂。