專利名稱：一種鉆井泥漿稀釋劑的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆井泥漿稀釋劑的合成方法，特別是一種用于油氣井鉆井用的無(wú)毒、耐高溫泥漿稀釋劑的合成方法，屬于高分子化工領(lǐng)域。
目前，我國(guó)鉆井泥漿稀釋劑的種類較多，它們用于調(diào)節(jié)泥漿的性能，在一般情況下，基本上能滿足鉆井的要求。但這些稀釋劑絕大多數(shù)含有重金屬鉻，由于鉆井中要排放大量廢泥漿以及使用這些稀釋劑，勢(shì)必造成對(duì)地下水和對(duì)周圍環(huán)境的污染，給人類帶來(lái)危害。在我國(guó)某些油田，國(guó)家環(huán)保部門已逐步限制使用這些有毒的稀釋劑(其中我國(guó)大量使用的為鐵鉻鹽，簡(jiǎn)稱FClS)。這將對(duì)我國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)一定的影響，因而研制能取代鐵鉻鹽且無(wú)毒的新型鉆井泥漿稀釋劑早已引起人們的關(guān)注。國(guó)內(nèi)早就投入了大量人力、物力致力于這方面的研究，本發(fā)明就是在這種基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。
國(guó)外這方面的研究較廣泛，從國(guó)外的相關(guān)材料來(lái)看，在U.S.P4322301中公開了一種鉆井泥漿稀釋劑。它是用亞硫酸紙漿廢液(主要成分為木質(zhì)素磺酸鹽)為原料，用過(guò)氧化物作引發(fā)劑，用丙烯酸或丙烯酸和丙烯腈作單體進(jìn)行接枝聚合，再與一定金屬配合所得的產(chǎn)品。它的不足之處是(1)丙烯酸用量為10～25%，由于單體用量多，貨源較缺乏且價(jià)格貴、造成產(chǎn)品成本高。(2)產(chǎn)品抗污染能力差，僅適宜于淡水泥漿體系。(3)產(chǎn)品的稀釋性能(降粘、降切)比鐵鉻鹽差。為解決產(chǎn)品的抗污染性，文獻(xiàn)中還指出用磷酸鹽進(jìn)行復(fù)配，導(dǎo)致產(chǎn)品成本再次升高。
本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種無(wú)毒且有良好稀釋性、抗污染性、耐高溫的泥漿稀釋劑的合成方法。使單體用量少，不用復(fù)配，從而降低生產(chǎn)成本。改進(jìn)裝置設(shè)計(jì)和工藝條件，從而獲得具有良好性能的產(chǎn)品，以滿足鉆井泥漿的需要。
本發(fā)明是從稀釋劑的作用原理出發(fā)，在木質(zhì)素磺酸鹽的分子中引入丙烯酸和丙烯酰胺，由于羧基和酰胺基的存在，造成稀釋劑分子能與泥漿中
土粒子發(fā)生強(qiáng)烈吸附作用的條件，從而改善稀釋劑的性能。本發(fā)明是以木質(zhì)素磺酸鹽為主要原料，其特點(diǎn)是以丙烯酸和丙烯酰胺為單體，在引發(fā)劑的作用下，在聚合物分子內(nèi)同時(shí)引入羧基和酰胺基團(tuán)，使之獲得良好的稀釋效果。先將木質(zhì)素磺酸鹽與丙烯酸和丙烯酰胺在過(guò)氧化物的作用下，發(fā)生接枝聚合反應(yīng)，生成不同分子量的聚合物。后用硫酸亞鐵進(jìn)行配合反應(yīng)，聚合物分子與二價(jià)鐵離子生成若干五元或六元環(huán)的多官能團(tuán)螯合物，其平均分子量在50000～150000之間。
本發(fā)明的鉆井泥漿稀釋劑的合成方法為先將木質(zhì)素磺酸鹽配成35～45%的水溶液，先后加入或同時(shí)加入丙烯酸和丙烯酰胺。加入單體的量丙烯酸為5～8%，丙烯酰胺為5～2%，兩者的總用量不超過(guò)木質(zhì)素磺酸鹽重量的10%。聚合反應(yīng)在裝有回流裝置的反應(yīng)釜中進(jìn)行，開始料液不升溫，待引發(fā)劑過(guò)氧化物一次全部加入攪勻后，再升溫反應(yīng)，這樣可防止反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生大量泡沫，過(guò)氧化物的加入量為木質(zhì)素磺酸鹽重量的1～10%。聚合反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，PH值控制在2.5～3.5，溫度控制在80～90℃恒溫反應(yīng)。為防止丙烯酸的揮發(fā)，在裝置設(shè)計(jì)上，采用回流裝置，停留時(shí)間為3～4小時(shí)。此制備過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)方程式見附圖
一。
上述產(chǎn)物用硫酸亞鐵進(jìn)行配合反應(yīng)，其中鐵的含量應(yīng)為木質(zhì)素磺酸鹽重量的3～8%。配合反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，PH值控制在3.3～3.7，溫度控制在80～95℃，停留時(shí)間為30～60分鐘。最后經(jīng)過(guò)濾，噴霧干燥得產(chǎn)品。在配合反應(yīng)中，與F2+e配合生成螯合成的結(jié)構(gòu)見附圖二。
本方法與現(xiàn)有的合成方法相比，其主要優(yōu)點(diǎn)如下1、本發(fā)明同時(shí)使用了丙烯酸和丙烯酰胺，且總用量較少，降低了生產(chǎn)成本。
2、本發(fā)明是先加過(guò)氧化物，在溫度不高時(shí)攪勻，這就解決了反應(yīng)時(shí)的發(fā)泡問題。
3、本產(chǎn)品不含鉻、無(wú)毒，抗鹽抗鈣性能好。可用于淡水泥漿體系，也可用于鹽水泥漿和聚合物泥漿體系，而不必用偏磷酸鈉復(fù)配。
4、本產(chǎn)品的降粘、降切、抗鹽、抗溫等性能，達(dá)到或超過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)介紹的性能。
5、裝置上采用了回流，避免丙烯酸揮發(fā)損失。
采用本方法所合成的鉆井泥漿稀釋劑的特性為
1、為棕褐色固體粉末，水溶性好。
2、平均分子量為50000～150000。
本發(fā)明下面將結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步詳述實(shí)施例1將200克木質(zhì)素磺酸鹽配成40%水溶液，加入丙烯酸12克，攪拌均勻后加入30%H2O24毫升，繼續(xù)攪拌，用40%H2SO4調(diào)PH值到3.0，在85℃下恒溫反應(yīng)2小時(shí)。然后再加入4克丙烯酰胺，攪拌溶解，加入30%H2O24毫升，繼續(xù)攪拌，再用40%H2SO4調(diào)PH值到3.0，在85℃下反應(yīng)1小時(shí)。在上述料液中加入FeSO4·7H2O50克，在PH值為3.5，溫度為90℃下配合反應(yīng)半小時(shí)，過(guò)濾除去雜質(zhì)，噴霧干燥即得產(chǎn)品。
實(shí)施例2將200克木質(zhì)素磺酸鹽配成40%的水溶液，加入丙烯酸12克、丙烯酰胺8克，攪拌均勻后，加入過(guò)二硫酸鈉10克，繼續(xù)攪拌均勻，用40%H2SO4調(diào)PH值至3.0，在溫度為80℃下恒溫反應(yīng)3小時(shí)。然后在上述料液中加入50克FeSO4·7H2O，攪拌2～3分鐘，PH值調(diào)至3.5，溫度為85℃，配合反應(yīng)半小時(shí)，經(jīng)過(guò)濾、干燥即得產(chǎn)品。
實(shí)施例3參照中國(guó)石油天然氣總公司《水基鉆井用降粘劑薦行評(píng)價(jià)程序》，以比重為1.045的鈣
土原漿中φ600＝6.0+2，θ1＝40～60，用上述實(shí)施例1，2所得產(chǎn)品作稀釋劑，進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試，可得到有關(guān)降粘、降切、抗溫、抗鹽、抗鈣等性能指標(biāo)，其數(shù)據(jù)見表1。
表1
注AV-表觀粘度 PV-塑性粘度 YP-屈服值 θ1、θ10分別為1分鐘和10分鐘的靜切力值。
從上表的數(shù)據(jù)中可看出，本發(fā)明產(chǎn)品有好的降粘、降切、抗溫等性能。
將上述比重為1.045的鈣搬土基漿進(jìn)行抗污染能力的測(cè)試，可得有關(guān)數(shù)據(jù)見表2。
表2
從上表的數(shù)據(jù)中可看出，本發(fā)明產(chǎn)品抗污染性能比鐵鉻鹽好。
權(quán)利要求
1.一種用于油氣井鉆井用的無(wú)毒、耐高溫泥漿稀釋劑的合成方法，其特征是以木質(zhì)素磺酸鹽為主要原料，以丙烯酸和丙烯酰胺為單體，在引發(fā)劑的作用下，控制適當(dāng)PH值和溫度，先進(jìn)行接枝聚合反應(yīng)，后進(jìn)行配合反應(yīng)，經(jīng)過(guò)濾、干燥而制得產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于木質(zhì)素磺酸鹽配成35～45%的水溶液，加入單體的量丙烯酸為5～8%，丙烯酰胺為5～2%，兩者的總用量不超過(guò)木質(zhì)素磺酸鹽重量的10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于所用引發(fā)劑為過(guò)氧化物，其用量為木質(zhì)素磺酸鹽重量的1～10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于聚合反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，PH值控制在2.5～3.5，溫度控制在80～90℃，停留時(shí)間為3～4小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于用硫酸亞鐵進(jìn)行配合反應(yīng)，其中鐵的含量應(yīng)為木質(zhì)素磺酸鹽重量的3～8%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述，其特征在于木質(zhì)素磺酸鹽與丙烯酸和丙烯酰胺的聚合反應(yīng)可先后進(jìn)行，也同可時(shí)進(jìn)行，為防止丙烯酸的揮發(fā)，聚合反應(yīng)采用回流裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述，其特征在于開始料液不升溫，待引發(fā)劑過(guò)氧化物一次全部加入后，經(jīng)攪拌均勻，在80～90℃下恒溫反應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述，其特征在于配合反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，PH值控制在3.3～3.7，溫度控制在80～90℃，停留時(shí)間為30～60分鐘。
全文摘要
本發(fā)明是一種用作鉆井泥漿稀釋劑的合成方法。本方法是以木質(zhì)素磺酸鹽為主要原料，以丙烯酸和丙烯酰胺為單體，在引發(fā)劑的作用下，控制適當(dāng)pH值和溫度，進(jìn)行接枝聚合反應(yīng)。使得在木質(zhì)素上同時(shí)引入羧基和酰胺基，加強(qiáng)了吸附作用，從而改善稀釋劑的性能。再用硫酸亞鐵進(jìn)行配合反應(yīng)，使之形成穩(wěn)定的螯合物，最后經(jīng)過(guò)濾干燥得產(chǎn)品。本法所得產(chǎn)品無(wú)毒，有好的降粘、降切、抗鹽、抗鈣以及抗高溫等性能，生產(chǎn)成本較低，能滿足鉆井泥漿的需要。
文檔編號(hào)C08F251/02GK1050200SQ90104479
公開日1991年3月27日 申請(qǐng)日期1990年6月13日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月13日
發(fā)明者梁發(fā)書, 閻醒, 李建波 申請(qǐng)人:西南石油學(xué)院