一种钻井液用环保型包被剂的制备方法.pdf

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1、(10)授权公告号 CN 101942060 B (45)授权公告日 2012.01.04 CN 101942060 B *CN101942060B* (21)申请号 201010237144.0 (22)申请日 2010.07.27 C08F 251/00(2006.01) C08F 4/40(2006.01) C09K 8/035(2006.01) (73)专利权人 中国石油大学 （北京） 地址 102249 北京市昌平区府学路 18 号 专利权人 中国石化集团胜利石油管理局海 洋钻井公司 (72)发明人 蒋官澄 谢水祥 陈勉 李志勇 史建刚 张金龙 胥洪彪 曾留芳 毛慧 隋迎光 孙鹏 宿。

2、振国 薛玉荣 (74)专利代理机构 北京驰纳智财知识产权代理 事务所 ( 普通合伙 ) 11367 代理人 谢亮 JP 昭 55-112203 A,1980.08.29, 全文 . CN 101353283 A,2009.01.28, 全文 . CN 101423588 A,2009.05.06, 全文 . (54) 发明名称 一种钻井液用环保型包被剂的制备方法 (57) 摘要 本发明涉及一种钻井液用环保型包被剂的制 备方法， 首先分别在 95-92mL 水中加入 5-8g 氧 化型引发剂 A 和 5-8g 还原型引发剂 B， 来制备 浓度为 5 -8的氧化型引发剂 A 溶液与浓度 为 5 -。

3、8的还原型引发剂 B 溶液 ； 然后在烧杯 中加入 10-40mL 水， 向水中加入 8.0-13.5g 非离 子单体， 搅拌并充分溶解 ； 然后加入 1.0-5.0g 生 物聚合物单体， 继续搅拌， 让其充分溶解 ； 再加 入 4.0-10.0g 阴离子单体， 继续充分搅拌 ； 加入 2.0-7.5g pH 值调节剂， 充分搅拌 ； 之后分别加入 0.5-3.0mL 氧化型和还原型引发剂， 充分搅拌 ； 最 后继续搅拌， 5 分钟后开始发热聚合， 在 40-50 条件下， 反应 2-4h， 得最终产品。从而得到一种适 用性强， 抗温抗盐性能优良， 环保性能良好的包被 剂。 (51)Int.C。

4、l. (56)对比文件 审查员 张倩 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 1 页 说明书 5 页 CN 101942060 B1/1 页 2 1. 一种钻井液用环保型包被剂的制备方法， 包括如下步骤 ： (1) 配制氧化型和还原型引发剂溶液 ： 分别在 95-92mL 水中加入 5-8g 氧化型引发剂 A 和5-8g还原型引发剂B， 搅拌， 待引发剂完全溶解后， 即得到浓度为5-8(wt)的氧化型 引发剂 A 溶液与浓度为 5 -8 (wt) 的还原型引发剂 B 溶液 ； (2) 在烧杯中加入 10-40mL 水， 向水中加入 8.0-13.5g 非离子单体， 。

5、搅拌并充分溶解 ； (3) 加入 1.0-5.0g 生物聚合物单体， 继续搅拌， 让其充分溶解 ； (4) 加入 4.0-10.0g 阴离子单体， 继续充分搅拌 ； (5) 加入 2.0-7.5g pH 值调节剂， 充分搅拌 ； (6) 加入引发剂 ： 先加入 0.5-3.0mL 氧化型引发剂 A 溶液， 充分搅拌后， 再加入 0.5-3.0mL 还原型引发剂 B 溶液， 充分搅拌 ； (7) 继续搅拌， 5 分钟后开始发热聚合， 在 40-50条件下， 反应 2-4h， 得最终产品 ； 其中， 非离子单体为醋酸乙烯酯、 甲基丙烯酰胺、 丙烯酰胺中的一种或两种 ； 阴离子单 体为苯乙烯磺酸盐、。

6、 丙烯酸钠、 甲基丙烯酸钠中的一种或两种 ； 生物聚合物单体为阳离子改 性淀粉、 玉米淀粉、 氧化淀粉中的一种或两种。 2. 根据权利要求 1 所述的一种钻井液用环保型包被剂的制备方法， 其特征在于 ： 氧化 型引发剂为叔丁基过氧化氢、 过硫酸铵、 过硫酸钾中的一种 ； 还原型引发剂为叔胺、 环烷酸 盐、 硫醇、 亚硫酸钠、 亚硫酸氢钠中的一种。 3. 根据权利要求 1 所述的一种钻井液用环保型包被剂的制备方法， 其特征在于 ： pH 值 调节剂为氢氧化钙、 氢氧化钠、 氨水、 氢氧化钾中的一种。 权 利 要 求 书 CN 101942060 B1/5 页 3 一种钻井液用环保型包被剂的制备方。

7、法 技术领域 0001 本发明涉及一种钻井液用环保型包被剂的制备方法， 应用于石油工业的油气田钻 井技术领域。 背景技术 0002 包被剂是钻井液体系中使用的一种重要添加剂， 能有效地包被钻屑， 防止钻屑和 泥页岩水化， 防止井壁垮塌， 有利于井壁稳定， 提高钻井速度， 同时还有兼有降失水、 改善流 型及增加润滑性等功能。 0003 目前， 国内外研制和使用了聚丙烯酸类聚合物包被剂 PAC141、 两性离子聚合物包 被剂 FA367 及聚丙烯酰胺钾类包被剂 K-PAM 等， 这些包被剂在各自适用的钻井液体系中表 现出了较好的性能， 改善了钻井液体系的流变性， 但在现场使用过程中， 也表现出了一。

8、些不 足 ： (1) 只适用于某种特定的钻井液体系， 如 PAC141 主要应用于聚合物钻井液体系， 对盐水 或饱和盐水钻井液体系却不适用 ； (2) 抗温性不够理想， PAC141 等几种包被剂抗温最高只 能达到 150， 对于深井及超深井， 其井下温度有时达到 180， 包被作用降低， 甚至失效 ； (3)抗盐性不够理想， PAC141等几种包被剂在10NaCl及以上浓度溶液中时， 会产生絮体， 降低或失去包被作用 ； (4) 环保型指标， 如重金属含量， 不满足相应国家标准要求。同时， 由 于包被剂主要采用合成工艺， 聚合物分子量高， 可生物降解性低。 0004 本发明针是针对现用包被剂。

9、所存在的问题而研制开发一种环保型包被剂， 它能解 决包被剂对不同钻井液的适用性、 抗温抗盐性及环保性等问题， 在满足钻井工程对包被剂 性能的同时， 也满足国家相关环保标准要求， 从而降低钻井作业结束后废弃钻井液处理的 难度与成本。 发明内容 0005 本发明提供一种 (1) 适用性强， 可适用于不同的钻井液体系， 如聚合物钻井液， 聚 磺钻井液， 有机盐钻井液， 饱和盐水钻井液， 海水钻井液等钻井液体系 ； (2) 抗温抗盐性能 优良， 合成的环保型包被剂抗温性可达 170， 抗盐性可达饱和 (36 NaCl)， 可满足深井、 超深井及海上钻井的对钻井液添加剂的要求 ； (3) 良好的环保性能。

10、， 重金属满足 GB4284-84 农用污泥中污染物控制标准 限值要求 ； 可生物降解， BOD5/COD 0.15 ； 急性生物毒性 EC50 30000mg/L 的包被剂的制备方法。 0006 本发明采用如下技术方案， 包括以下步骤 ： 0007 (1) 配制引发剂 ( 氧化型和还原型 ) 溶液 ： 分别在 95-92mL 水中加入 5-8g 氧化型 引发剂 A 和 5-8g 还原型引发剂 B， 搅拌， 待引发剂完全溶解后， 即得到浓度为 5 -8 (wt) 的氧化型引发剂 A 溶液与浓度为 5 -8 (wt) 的还原型引发剂 B 溶液。 0008 (2) 在烧杯中加入 10-40mL 水。

11、， 向水中加入 8.0-13.5g 非离子单体， 搅拌并充分溶 解 ； 0009 (3) 加入 1.0-5.0g 生物聚合物单体， 继续搅拌， 让其充分溶解 ； 说 明 书 CN 101942060 B2/5 页 4 0010 (4) 加入 4.0-10.0g 阴离子单体， 继续充分搅拌 ； 0011 (5) 加入 2.0-7.5g pH 值调节剂， 充分搅拌 ； 0012 (6) 加入引发剂 ： 先加入 0.5-3.0mL 氧化型引发剂 A 溶液， 充分搅拌后， 再加入 0.5-3.0mL 还原型引发剂 B 溶液， 充分搅拌 ； 0013 (7)继续搅拌， 5分钟后开始发热聚合， 在40-5。

12、0条件下， 反应2-4h， 得最终产品。 0014 上述方案中 ： 0015 氧化型引发剂为叔丁基过氧化氢、 过硫酸铵、 过硫酸钾中的一种 ； 0016 还原型引发剂为叔胺、 环烷酸盐、 硫醇、 亚硫酸钠、 亚硫酸氢钠中的一种 ； 0017 非离子单体为醋酸乙烯酯、 甲基丙烯酰胺、 丙烯酰胺中的一种或两种 ； 0018 生物聚合物单体为阳离子改性淀粉、 玉米淀粉、 氧化淀粉中的一种或两种 ； 0019 阴离子单体为苯乙烯磺酸盐、 丙烯酸钠、 甲基丙烯酸钠中的一种或两种 ； 0020 pH 值调节剂为氢氧化钙、 氢氧化钠、 氨水、 氢氧化钾中的一种。 0021 本发明在流变性能、 抗盐抗温性能、。

13、 重金属、 可生物降解性、 急性生物毒性等方面 的评价效果如下 ： 0022 1、 流变性能评价 0023 (1) 基浆的配制 0024 按水无水碳酸钠膨润土 1000 3 40( 重量比 )， 边搅拌边先后加入无水 碳酸钠和膨润土于自来水中， 继续搅拌 8h 以上， 然后封闭静置 16h， 备用。 0025 (2) 流变性能评价 0026 取几份配制好的基浆， 每份400mL， 边搅拌边分别加入0.6(wt)的实施例产品及 对比评价的包被剂， 待包被剂样品充分溶解后， 按 GB/T16783.1-2006 的规定在六速旋转粘 度计上测定样品溶液的 600、 300、 200、 100、 6、。

14、 3的粘度、 动切力及 10s、 10min 的静切 力。 0027 计算 ： 0028 PV 600-300.(1) 0029 YP0.51(300-PV).(2) 0030 G10S( 或 G10min) 3/2.(3) 0031 式中 ： PV塑性粘度， mPa.s ； 0032 YP动切力， Pa ； 0033 600、 300、 3600r/min， 300r/min， 3r/min 时的稳定读值， mPa.s ； 0034 G10S、 G10min10s 或 10min 的静切力， Pa 0035 3静止 10s 或 10min 时的 3r/min 最大读值， mPa.s ； 00。

15、36 2、 抗盐抗温性能评价 0037 量取 360mL 蒸馏水， 加入 40g 氯化钠， 充分溶解均匀， 即成 10 NaCl 盐水溶液 置于高搅杯中。向高搅杯中先加入 1.0g 碳酸钠， 在转速为 10000r/min 的条件下， 加入 1.0g 实施例样品， 高搅 ( 转速 10000r/min)20min 后， 于室温下密闭水化 4h， 再高搅 5min， 放入滚子炉中， 在 170下， 恒温滚动 16 小时后， 取出冷却至室温， 再高搅 5min 后， 按 GB/ T16783.1-2006 的规定在六速旋转粘度计上测定样品溶液的 600、 300、 200、 100、 6、 3 的。

16、粘度、 动切力及 10s、 10min 的静切力。 说 明 书 CN 101942060 B3/5 页 5 0038 3、 重金属评价 0039 依照 GB 5084.3-1996 危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别 ， 对钻井液添加剂盐酸或 硝酸酸溶预处理后， 制备得到的溶解液按相应重金属元素测定方法， 采用原子荧光仪、 等离 子质谱仪等进行测定。 0040 4、 可生物降解性评价 0041 以 BOD5( 生物耗氧量 )/COD( 化学耗氧量 ) 作为评价指标， 先分别测定实施例产品 的 BOD5和 COD， 然后计算二者的比值。 0042 5、 急性生物毒性评价 0043 在 98ml 蒸馏水。

17、 ( 一级 ) 中加入 2.0g 实施例产品， 配制得到 2水溶液， 然后按照 GB/T 0044 15441-1995水质急性毒性的测定发光细菌法 测定实施例产品溶液的急性生物 毒性 EC50值。 具体实施方式 ： 0045 实施例 1 ： 0046 (1) 配制引发剂 ( 氧化型和还原型 ) 溶液 ： 分别在 95mL 水中加入 5g 叔丁基过氧 化氢和5g亚硫酸钠， 搅拌， 待引发剂完全溶解后， 即得到浓度为5(wt)的叔丁基过氧化氢 溶液与浓度为 5 (wt) 的亚硫酸钠溶液。 0047 (2) 在烧杯中加入 10mL 水， 向水中加入 8.0g 醋酸乙烯酯， 搅拌并充分溶解 ； 00。

18、48 (3) 加入 1.0g 阳离子改性淀粉， 继续搅拌， 让其充分溶解 ； 0049 (4) 加入 4.0g 苯乙烯磺酸盐， 继续充分搅拌 ； 0050 (5) 加入 2.0g pH 值调节剂氢氧化钠， 充分搅拌 ； 0051 (6) 加入引发剂 ： 先加入 3.0mL 叔丁基过氧化氢溶液， 充分搅拌后， 再加入 3.0mL 亚硫酸钠溶液， 充分搅拌 ； 0052 (7)继续搅拌， 5分钟后开始发热聚合， 在40-50条件下， 反应2-4h， 得最终产品。 0053 实施例 2 ： 0054 (1) 配制引发剂 ( 氧化型和还原型 ) 溶液 ： 分别在 93.5mL 水中加入 6.5g 过硫。

19、酸 铵和6.5g亚硫酸钠， 搅拌， 待引发剂完全溶解后， 即得到浓度为6.5(wt)的过硫酸铵溶液 与浓度为 6.5 (wt) 的亚硫酸钠溶液。 0055 (2) 在烧杯中加入 25mL 水， 向水中加入 11.0g 甲基丙烯酰胺， 搅拌并充分溶解 ； 0056 (3) 加入 3.0g 氧化淀粉， 继续搅拌， 让其充分溶解 ； 0057 (4) 加入 7.0g 丙烯酸钠， 继续充分搅拌 ； 0058 (5) 加入 5.0g pH 值调节剂氨水， 充分搅拌 ； 0059 (6) 加入引发剂 ： 先加入 2.0mL 过硫酸铵溶液， 充分搅拌后， 再加入 2.0mL 亚硫酸 钠溶液， 充分搅拌 ； 。

20、0060 (7) 继续搅拌， 5 分钟后开始发热聚合在 40-50条件下， 反应 2-4h， 得最终产品。 0061 实施例 3 ： 0062 (1) 配制引发剂 ( 氧化型和还原型 ) 溶液 ： 分别在 92.0mL 水中加入 8.0g 过硫酸 钾和8.0g亚硫酸氢钠， 搅拌， 待引发剂完全溶解后， 即得到浓度为8.0(wt)的过硫酸铵溶 说 明 书 CN 101942060 B4/5 页 6 液与浓度为 8.0 (wt) 的亚硫酸钠溶液。 0063 (2) 在烧杯中加入 40mL 水， 向水中加入 13.5g 丙烯酰胺， 搅拌并充分溶解 ； 0064 (3) 加入 5.0g 玉米淀粉， 继。

21、续搅拌， 让其充分溶解 ； 0065 (4) 加入 10.0g 甲基丙烯酸钠， 继续充分搅拌 ； 0066 (5) 加入 7.5g pH 值调节剂氢氧化钙， 充分搅拌 ； 0067 (6) 加入引发剂 ： 先加入 0.5mL 过硫酸钾溶液， 充分搅拌后， 再加入 0.5mL 亚硫酸 氢钠溶液， 充分搅拌 ； 0068 (7)继续搅拌， 5分钟后开始发热聚合， 在40-50条件下， 反应2-4h， 得最终产品。 0069 表 1 包被剂流变性能对比评价 ( 室温 ) 0070 0071 表 2 包被剂抗盐抗温性能对比评价 (170， 16h， 10 NaCl) 0072 0073 表 3 包被剂重金属含量对比评价 ( 单位 ： mg/kg) 说 明 书 CN 101942060 B5/5 页 7 0074 0075 表 4 包被剂急性生物毒性对比评价 0076 处理剂 测试浓度 ( ) EC50(mg/L) 毒性达标 实施例 1 0.6 103,120 无毒 实施例 2 0.6 110,200 无毒 实施例 3 0.6 109,800 无毒 K-PAM 0.6 24,080 微毒 PAC-141 0.6 20,120 微毒 0077 表 5 包被剂可生物降解性对比评价 0078 说 明 书 。