利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法。該方法所用原料組成為：廢舊聚苯乙烯泡沫20～35%，溶劑50～70%，磺化劑5～25%；將廢舊聚苯乙烯泡沫粉碎溶于溶劑中，用SO3或濃硫酸磺化劑對(duì)廢舊聚苯乙烯泡沫進(jìn)行磺化、中和、蒸除溶劑，干燥后制得。本發(fā)明制得的產(chǎn)品抗溫抗鹽性降濾失性能優(yōu)于目前廣泛使用的磺化酚醛樹脂，同時(shí)是一種消除白色污染的有益方法。
【專利說明】利用廢舊聚苯乙烯泡沬制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，屬于鉆井液添加劑制備的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]降濾失劑是用以保證鉆井液性能穩(wěn)定，減少有害液體向地層濾失，以及穩(wěn)定井壁、保證井徑規(guī)則的重要鉆井液處理劑。降濾失劑的種類繁多，主要有天然產(chǎn)物(如纖維素類、木質(zhì)素類、淀粉類、褐煤類)和人工合成高分子類(如酚醛樹脂類，水解聚丙烯腈類以及多元共聚物類)。天然產(chǎn)物類雖然來源廣泛、成本低，但通常需要通過改性達(dá)到使用要求，并且多數(shù)產(chǎn)品具有耐溫性欠缺，易霉變的缺點(diǎn)。人工合成高分子類產(chǎn)品可以根據(jù)具體鉆探要求，通過改變分子基團(tuán)種類、分子結(jié)構(gòu)和分子量來設(shè)計(jì)產(chǎn)品，但通常成本高，加工工藝較復(fù)雜，在一定程度上制約了其應(yīng)用范圍。廢舊高分子聚合物的改性既可以保持高分子聚合物類降濾失劑的抗溫抗鹽特點(diǎn)，又可以克服成本高，加工工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)，因而在鉆井行業(yè)的應(yīng)用具有巨大潛力。聚丙烯腈水解改性產(chǎn)物是應(yīng)用最成功的例子之一，其銨鹽和鈉鹽改性產(chǎn)物目前還在油田鉆探過程中廣泛使用，由于其分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)抗溫性能有所欠缺，一般在180°C以下使用，不適于深井作業(yè)。
[0003]聚苯乙烯泡沫由于使用方便、價(jià)格低廉，被廣泛的由于包裝和保溫材料，但其廢棄物在自然環(huán)境下難以降解，是造成白色污染的主要“元兇”之一。有效利用廢舊聚苯乙烯泡沫，減少“白色污染”成為亟待解決的問題。
[0004]目前，利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫、抗鹽性能優(yōu)異的降濾失劑，未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，所用原料質(zhì)量百分比組成為:
[0008]廢舊聚苯乙烯泡沫20~35%，溶劑50~70%，磺化劑5~25% ;所述的溶劑為甲乙酮或甲乙酮水溶液，所述的磺化劑為三氧化硫(SO3)或90~98wt%的濃硫酸；
[0009]制備步驟如下:
[0010](I)將廢舊聚苯乙烯泡沫粉碎成5~IOmm的顆粒；
[0011](2)按比例取溶劑、磺化劑加到步驟(1)的廢舊聚苯乙烯泡沫中，加熱升溫至40~120°C進(jìn)行反應(yīng)I~3h，降溫至室溫，得廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料；
[0012](3)將步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料，調(diào)節(jié)pH為8~10 ;
[0013](4)將步驟(3)調(diào)節(jié)pH后的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料在70~90°C，真空度為-0.4~-0.6kPa下蒸除溶劑，于95~110°C干燥，粉碎至40~60目，即得產(chǎn)品。[0014]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的步驟(2)中溶劑的質(zhì)量百分含量為55~65%，更優(yōu)選60%。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(2)所述的甲乙酮水溶液中甲乙酮和水的質(zhì)量比為40:0.5~5 ;進(jìn)一步優(yōu)選所述的甲乙酮水溶液中甲乙酮和水的質(zhì)量比為40:0.5~1.5，更優(yōu)選40:1。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的步驟(2)中，當(dāng)磺化劑為三氧化硫時(shí)，磺化劑的質(zhì)量百分含量為5~15%，更優(yōu)選10% ;當(dāng)磺化劑為90~98wt%的濃硫酸時(shí)，磺化劑的質(zhì)量百分含量為15~20%，更優(yōu)選17%。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的步驟(2)中，當(dāng)磺化劑為三氧化硫時(shí)，反應(yīng)溫度為40~60°C ;當(dāng)磺化劑為90~98wt%的濃硫酸時(shí)，反應(yīng)溫度為90~100°C。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的步驟(3)中所述調(diào)節(jié)pH值是NaOH水溶液，進(jìn)一步優(yōu)選用濃度為20wt%的NaOH水溶液。[0019]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的步驟(4)中蒸除溶劑的蒸餾時(shí)間I~2h。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的步驟(4)中蒸除溶劑的蒸餾溫度為85°C，真空度為-0.5kPa。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的步驟(4)中干燥溫度為105°C，干燥時(shí)間8~10h。
[0022]聚苯乙烯泡沫是由苯乙烯聚合而成，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元中都含有一個(gè)苯環(huán)，是一種難溶于水的高聚物，但結(jié)構(gòu)單元中的苯環(huán)具有相當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)活性，通過一定的化學(xué)改性能夠改變其在水中的溶解程度?；撬峄乃芰Ψ浅?qiáng)，通過對(duì)聚苯乙烯中易于磺化的苯環(huán)進(jìn)行磺化處理，能夠大幅度提高聚苯乙烯在水中的溶解度，同時(shí)磺酸基多處于苯環(huán)的對(duì)位，在水溶液中易于高分子化合物的伸展，在泥漿體系中能夠形成空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，有效起到降濾失的作用，另外，聚苯乙烯是以碳鏈相接，側(cè)基為苯環(huán)，分子剛性大，使得其改性產(chǎn)物在泥漿體系中具有優(yōu)異的抗溫性能。
[0023]本發(fā)明制備的降濾失劑可在鹽水泥漿中使用，抗溫抗鹽性能優(yōu)良。
[0024]本發(fā)明的有益效果:
[0025]1、本發(fā)明利用聚苯乙烯泡沫進(jìn)行改性制備鉆井液用的降濾失劑，一方面制備的降濾失劑抗溫、抗鹽性能優(yōu)異；另一方面也是消除“白色污染”，變廢為寶的有益方法。
[0026]2、本發(fā)明制備過程主要包括反應(yīng)、中和、蒸餾、干燥和粉碎；工藝步驟相比人工合成高分子聚合物要簡單和易于操作，而且環(huán)保。
[0027]3、本發(fā)明充分利用了廢舊聚苯乙烯泡沫作為原料，生產(chǎn)成本低廉。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。
[0029]實(shí)施例中的廢舊聚苯乙烯泡沫(聚苯乙烯質(zhì)量含量> 95% )為市購,所用的其他試劑也均為常規(guī)市購產(chǎn)品。
[0030]實(shí)驗(yàn)例中的API濾失量和HTHP濾失量的測定均按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行，具體方法如下:
[0031]基衆(zhòng)配置:在24±3°C下向盛有350mL蒸懼水的高速攪拌杯中加入0.56g無水碳酸鈉、14g評(píng)價(jià)土和14g鉆井液試驗(yàn)用鈉土，用高速攪拌器攪拌20min。期間中斷兩次，刮下容器壁上的粘附物，在24 ±3 °C密閉養(yǎng)護(hù)24h，即配制成基漿。
[0032]評(píng)價(jià)方法:向盛有基漿的高速攪拌杯中加入磺化褐煤17.5g，高速攪拌15min。加入試樣17.5g,高速攪拌15min,加入氯化鈉52.5g,高速攪拌15min,最后加入無水碳酸鈉
8.75g，高速攪拌15min。每加入一種藥品在高速攪拌過程中應(yīng)中斷兩次，刮下粘附在容器壁上的粘附物，以上每種藥品均應(yīng)在攪拌過程中于I min之內(nèi)勻速加完。將配制的試驗(yàn)漿裝入老化罐，放入滾子爐中于210°C ±5°C恒溫滾動(dòng)老化16h。取出冷卻至室溫，倒出試驗(yàn)漿高速攪拌5min，按GB/T16783—1997測試API濾失量，以及在溫度150°C、壓力3.45MPa條件下的高溫高壓(HTHP)濾失量。
[0033]實(shí)施例1
[0034]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟如下:
[0035](1)將50g粉碎至5mm的廢舊聚苯乙烯泡沫加入到反應(yīng)瓶中；
[0036](2)將150ml甲乙酮液體倒入上述反應(yīng)瓶內(nèi)，攪拌溶解后，升溫至40°C;通入SO3氣體(40ml/min) 120min,之后停止通氣，降至室溫,得廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料；
[0037](3)用20wt%的NaOH溶液調(diào)節(jié)步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=9 ；
[0038](4)將步驟(3)中的溶液移入減壓蒸餾裝置，在85°C，真空度為-0.5kPa下蒸餾Ih ；得到的蒸除溶劑的產(chǎn)物于105°C烘干10h，粉碎至40目，即得產(chǎn)物。
[0039]實(shí)施例2
[0040]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟如下:
[0041](1)將50g粉碎至5mm的聚苯乙烯泡沫廢料加入到反應(yīng)瓶中；
[0042](2)將150ml甲乙酮水溶液(甲乙酮:水質(zhì)量比為40:1)倒入上述反應(yīng)瓶內(nèi)，攪拌溶解后，升溫至40°C ;向上述溶液中通入SO3氣體(40ml/min) 120min，之后停止通氣，降至室溫，得廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料；
[0043](3)用20wt%的NaOH溶液調(diào)節(jié)步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=8 ；
[0044](4)將步驟(3)中的溶液移入減壓蒸餾裝置，在85°C，真空度為-0.5kPa下蒸餾Ih ；得到的蒸除溶劑的產(chǎn)物于105°C烘干10h，粉碎至60目，即得產(chǎn)物。
[0045]實(shí)施例3
[0046]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟同實(shí)施例1，不同的是步驟(2)中通入SO3氣體時(shí)間為80min ;步驟(3)中調(diào)節(jié)步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=8。
[0047]實(shí)施例4
[0048]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟同實(shí)施例1，不同的是步驟(2)中通入SO3氣體時(shí)間為160min。
[0049]實(shí)施例5
[0050]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟如下:
[0051](1)將50g粉碎至IOmm的聚苯乙烯泡沫廢料加入到耐壓反應(yīng)瓶中；
[0052](2)將150ml甲乙酮液體倒入上述反應(yīng)瓶內(nèi)，攪拌溶解；滴入98wt%濃硫酸25g，升溫至90°C，反應(yīng)1.5小時(shí)，降至室溫，得廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料；[0053](3)用20wt%的NaOH溶液調(diào)節(jié)步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=9 ；
[0054](4)將步驟(3)中的溶液移入減壓蒸餾裝置，在85°C，真空度為-0.5kPa下蒸餾Ih ；得到的蒸除溶劑的產(chǎn)物于105°C烘干10h，粉碎至50目，即得產(chǎn)物。
[0055]實(shí)施例6
[0056]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟同實(shí)施例5，不同的是步驟(2)反應(yīng)溫度為100°C步驟；步驟(3)中用20wt%的NaOH溶液調(diào)節(jié)步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=8.5。
[0057]實(shí)施例7
[0058]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟同實(shí)施例5，不同的是步驟(2)反應(yīng)溫度為120°C步驟；步驟(3)中用20wt%的NaOH溶液調(diào)節(jié)步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=8。
[0059]實(shí)施例8
[0060]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟如下:
[0061](I)將50g粉碎至5_的聚苯乙烯泡沫廢料加入到耐壓反應(yīng)瓶中；
[0062](2)將150ml甲乙酮液體倒入上述反應(yīng)瓶內(nèi)，攪拌溶解后；滴入98wt%濃硫酸35g，升溫至90°C，反應(yīng)1.5小時(shí)，降至室溫，得廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料；
[0063](3)用20wt%的NaOH溶液調(diào)節(jié)步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=9 ；
[0064](4)將步驟(3)中的溶液移入減壓蒸餾裝置，在85°C，真空度為-0.5kPa下蒸餾Ih ；得到的蒸除溶劑的產(chǎn)物于105°C烘干10h，粉碎至40目，即得產(chǎn)物。
[0065]實(shí)施例9
[0066]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟同實(shí)施例8，不同的是步驟(2)反應(yīng)溫度為100°C ;步驟(3)中用20wt%的NaOH溶液調(diào)節(jié)步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=8.5。
[0067]實(shí)施例10
[0068]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟同實(shí)施例8，不同的是步驟(2)反應(yīng)溫度為120°C ;步驟(3)中用20wt%的NaOH溶液調(diào)節(jié)步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=8。
[0069]對(duì)比例
[0070]選用工業(yè)上普遍使用的人工合成高分子抗溫抗鹽降濾失劑磺化酚醛樹脂，進(jìn)行對(duì)t匕，購自勝利油田海勝鉆井泥漿制劑有限責(zé)任公司。
[0071]實(shí)驗(yàn)例濾失性能評(píng)價(jià)
[0072]將實(shí)施例1~10、對(duì)比例制備的利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑進(jìn)行濾失性能評(píng)價(jià)，結(jié)果如表1所示。
[0073]表1
[0074]
【權(quán)利要求】
1.一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，所用原料質(zhì)量百分比組成為: 廢舊聚苯乙烯泡沫20~35%，溶劑50~70%，磺化劑5~25% ;所述的溶劑為甲乙酮或甲乙酮水溶液，所述的磺化劑為三氧化硫(SO3)或90~98wt%的濃硫酸； 制備步驟如下: (1)將廢舊聚苯乙烯泡沫粉碎成5~10mm的顆粒； (2)按比例取溶劑、磺化劑加到步驟(1)的廢舊聚苯乙烯泡沫中，加熱升溫至40~120°C進(jìn)行反應(yīng)1~3h，降溫至室溫，得廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料； (3)將步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料，調(diào)節(jié)pH為8~10; (4)將步驟(3)調(diào)節(jié)pH后的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料在70~90°C，真空度為-0.4~-0.6kPa下蒸除溶劑，于95~110°C干燥，粉碎至40~60目，即得產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，其特征在于，所述的步驟(2)中溶劑的質(zhì)量百分含量為55~65%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，其特征在于，步驟(2)所述的甲乙酮水溶液中甲乙酮和水的質(zhì)量比為40:0.5~5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，其特征在于，所述的步驟(2)中，當(dāng)磺化劑為三氧化硫時(shí)，磺化劑的質(zhì)量百分含量為5~15% ;當(dāng)磺化劑為90~98wt%的濃硫酸時(shí)，磺化劑的質(zhì)量百分含量為15~20%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，其特征在于，所述的步驟(2)中，當(dāng)磺化劑為三氧化硫時(shí)，反應(yīng)溫度為40~60°C ;當(dāng)磺化劑為90~98wt%的濃硫酸時(shí)，反應(yīng)溫度為90~100°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，其特征在于，所述的步驟(3)中所述調(diào)節(jié)pH值是NaOH水溶液，進(jìn)一步優(yōu)選用濃度為20wt%的NaOH水溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，其特征在于，所述的步驟(4)中蒸除溶劑的蒸餾時(shí)間1~2h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，其特征在于，所述的步驟(4)中蒸除溶劑的蒸餾溫度為85°C，真空度為-0.5kPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢舊聚苯乙烯泡沫制備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，其特征在于，所述的步驟(4)中干燥溫度為105°C，干燥時(shí)間8~10h。
【文檔編號(hào)】C09K8/035GK103788263SQ201410057183
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月20日
【發(fā)明者】張文郁, 申煥, 王琳琳 申請(qǐng)人:齊魯工業(yè)大學(xué)