專利名稱：：多功能鉆井液處理劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鉆井液處理劑，其組成含有以聚丙烯腈為原料的水解產(chǎn)物，這種水解產(chǎn)物系由加熱加壓水解法制取。用作鉆井液處理劑的水解聚丙烯腈類產(chǎn)品，是以含有聚丙烯腈的腈綸物料，如腈綸布的邊角余料、化纖廠的廢絲廢塊等為原料，采用加堿水解法，或加熱加壓水解法制成。主要產(chǎn)品有水解聚丙烯腈鉀鹽、水解聚丙烯腈鈉鹽、水解聚丙烯腈鈣鹽、水解聚丙烯腈銨鹽及銨基水解聚丙烯腈、鋁基水解聚丙烯腈等。這類產(chǎn)品配成的不分散低固相泥漿具有較好的護(hù)壁洗井功能，但通常功能單一，具有高效、綜合性能的尚不多。這類處理劑的功能與其制備方法及使用時的配伍有關(guān)，為了提高這類處理劑的功能，人們作了許多探索，如“聚丙烯腈-聚丙烯酰胺泥漿”(《探礦工程》，1981年第3期，第53～54頁，肖興明)一文，介紹了將水解聚丙烯腈(簡稱HPAN)與水解聚丙烯酰胺(簡稱HPAM)聯(lián)合處理泥漿的方法。是按粘土(茶山粘土)∶純堿(NaCO3)∶HPAN∶HPAM＝25～35∶2～2.5∶5～6∶0.5(重量)配成泥漿使用(均勻攪拌30分鐘)。其性能為粘度18～20秒、失水量6.5～11毫升/30分鐘(約0.1MPa)、pH9～11。其HPAN和HPAM需分別加堿水解制成，產(chǎn)品濃度為1%左右。這種水解方法通常只能得到有一定抗溫能力的處理劑，而抗鹽、抗鈣性能較差，剪切稀釋作用也較差，只適合于一般復(fù)雜地層使用;使用時也不甚方便。另外“超深井不分散低固相泥漿的研究-NH4-PAN泥漿配方”(《石油鉆探技術(shù)》，1983年第1期，第11～21頁，李干佐等)一文，介紹了一種抗高溫的泥漿處理劑-高溫水解聚丙烯腈(簡稱NH4-PAN，也稱NPAN)，是一種水解聚丙烯腈銨鹽，能抗180℃的高溫，但抗鹽能力只能達(dá)到2%。該產(chǎn)品的制備是以聚丙烯腈(簡稱PAN，含95%丙烯腈)為原料，以叔丁基過氧化氫為引發(fā)劑，按PAN∶H2O∶引發(fā)劑＝1∶6～10∶0.005(重量比)配料，在180～200℃、15～25個大氣壓(約1.5～2.5MPa)、時間4～6小時的條件下制成。本發(fā)明的目的是，提供一種抗溫、抗鹽、抗鈣、剪切稀釋作用強(qiáng)、降濾失效果好的多功能鉆井液處理劑。本發(fā)明的方案是，將聚丙烯腈和聚丙烯酰胺按100∶0.3～3(重量比)配料，其中聚丙烯酰胺(簡稱PAM)按其分子量高(700萬以上)、中(450～700萬)、低(450萬以下)為15～50∶15～50∶15～50(重量比)的比例配入。加水量為500～1100份，在反應(yīng)溫度170～220℃，反應(yīng)壓力1.1～1.7MPa，反應(yīng)時間5.5～6.5小時條件下，進(jìn)行共同水解反應(yīng)，所得產(chǎn)物用作泥漿處理劑的基本組份。水解用的聚丙烯腈原料一般為含丙烯腈90%以上的各種廢料;而聚丙烯酰胺選用工業(yè)產(chǎn)品，其配入量不宜高于聚丙烯腈的3%，否則水解時物料粘度太大水解困難。水解時若加以攪拌，將有利于反應(yīng)過程，提高產(chǎn)率;若加入叔丁基過氧化氫0.4～0.6份，可縮短反應(yīng)時間1～2小時。這種以聚丙烯腈和聚丙烯酰胺為原料，通過加熱加壓進(jìn)行共同水解反應(yīng)的產(chǎn)物(暫名水解雙聚銨鹽，簡稱HMP21)，是一種水溶性產(chǎn)品(水劑)，可將其經(jīng)干燥后制成粉狀產(chǎn)品(粉劑)。不論水劑或是粉劑均可直接作為通用型鉆井液處理劑使用;還可作為必要組份，構(gòu)成性能不同的多類型鉆井液處理劑，有關(guān)組成與制備方法如下1.水解雙聚銨鹽(以水劑中的含量計(jì)算)100份，KOH15～25份，在85～100℃、攪拌條件下反應(yīng)1～3小時，制成水溶性產(chǎn)品(暫名水解雙聚鉀鹽)，具有防塌功能，可作為防塌型鉆井液處理劑使用。同樣也可以進(jìn)行干燥制成粉劑。2.水解雙聚銨鹽或水解雙聚鉀鹽(粉劑)100份，木質(zhì)素磺酸鹽或腐植酸鹽(以含腐植酸45%計(jì))20～300份，混合攪拌均勻，制得的組合物具有降低粘度的功能，可作為降粘型鉆井液處理劑使用。3.水解雙聚銨鹽或水解雙聚鉀鹽(粉劑)100份，水解聚丙烯酰胺或鈉羧甲基纖維素1～50份，混合攪拌均勻，制得的組合物具有增加粘度的功能，可作為增粘型鉆井液處理劑使用。上述組合物中的木質(zhì)素磺酸鹽包括木質(zhì)素磺酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈣、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽等;腐植酸鹽包括腐植酸鉀、腐植酸鈉、硝基鐵鉀腐植酸、硝基腐植酸鉀、硝基腐植酸鈉、磺化褐煤等，其加入量均按腐植酸含量計(jì)算;水解聚丙烯酰胺可選用分子量為300～600萬、水解度為30%左右的產(chǎn)品;鈉羧甲基纖維素可選用中、高粘度的產(chǎn)品。上述鉆井液處理劑使用時的適應(yīng)條件及建議加量(g/l)如下地層通用型防塌型增粘型降粘型一般復(fù)雜地層巖心鉆探0.5～2石油鉆井1～3水敏性造漿嚴(yán)重地層巖心鉆探1～21～21～3石油鉆井1～31～31～5硬脆碎不穩(wěn)定地層巖心鉆探2～41～51～3石油鉆井3～102～102～10鹽膏地層巖心鉆探10～2010～2010～4010～40石油鉆井10～2010～2020～4020～40本發(fā)明的鉆井液處理劑只需較少的加量就能產(chǎn)生較好的性能。例如作為通用型鉆井液處理劑的水解雙聚銨鹽(見表1)，加量為0.5g/l，基漿的濾失量為22.6ml/30min可以降至12ml/30min;加量為2g/l時，可以降至8ml/30min;在加量為5g/l以前隨加量增加濾失量繼續(xù)降低，加量超過5g/l后，濾失量降低幅度不大，在3g/l以前，有較好的降粘度、切力作用;加量超過3g/l后，有一定的增粘、切作用;隨其加量增加剪切稀釋作用增強(qiáng);抗鹽、抗鈣、抗溫性能提高，加量為10～15g/l時可以抗飽和鹽水、飽和石膏和400g/l的水泥，抗溫性能至少可以達(dá)到180℃。表1.HMP21產(chǎn)品性能注基漿為6%仇山土+7%純堿(粘土重)，預(yù)水化24h;※表示老化條件為180℃/16h。水解雙聚銨鹽與同類處理劑如NPAN(水解聚丙烯腈銨鹽)、CPAN(水解聚丙烯腈鈣鹽)等比較結(jié)果(見表2)說明加量相同時(3g/l)其濾失量、粘度、流變性能、剪切稀釋作用等，不管在常溫下還是在高溫下都優(yōu)于其它處理劑。特別是與水解聚丙烯腈銨鹽比較，在加量為1/2時(即NPAN為6g/l，水解雙聚銨鹽為3g/l)其性能還優(yōu)于它，其抗鹽性能更為突出，NPAN抗鹽性能只有2%左右，而水解雙聚銨鹽可抗飽和鹽水。表2.鉆井液處理劑性能對比</tables>注性能為50℃下測定;※為老化條件為150℃/16h。實(shí)際應(yīng)用表明(見表3)，與NPAN比較，提高鉆井速度2.7m/h，縮短鉆井周期9.6天、建井周期7.6天，泥漿成本每米少4.56元，即降低成本30%。附圖為本發(fā)明的水解雙聚銨鹽的紅外光譜圖。本發(fā)明在聚丙烯腈中加入含有酰胺基的聚丙烯酰胺共同進(jìn)行水解反應(yīng)，有利于水解反應(yīng)的進(jìn)行，也使得產(chǎn)物的官能團(tuán)分布更為合理，亦即不同于其它方法制成的水解產(chǎn)物結(jié)構(gòu)。從HMP21的紅外光譜分析(見附圖)，它和NPAN比較在3435.822cm-1附近有一個窄而強(qiáng)的吸收峰，這說明丙烯酰胺可能是以的形式存在(可以認(rèn)為HMP21的這一特點(diǎn)是提高產(chǎn)品性能的主要因素)。除此之外，HMP21與NPAN相似，在紅外光譜2372.202cm-1出現(xiàn)腈基的吸收峰，在3435.822cm-1，1658，351cm-1有兩個強(qiáng)吸收峰，表明-NH2基及基的存在。1556.632cm-1為亞胺化的-NH-及1400.648cm-1銨鹽的吸收峰。至于羧酸基吸收峰，由于酰胺基的存在，易形成氫鍵同樣出現(xiàn)在1658.351cm-1處使該吸收峰變寬。本發(fā)明的制備方法簡單，所得鉆井液處理劑具有多種功能，適用范圍廣，而且使用方便，用量少，可大幅度降低成本，具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)施例將購來的腈綸廢料(一般含丙烯腈90%以上)，清除磚塊，棉布、棉紗等雜物，對大塊物料最好予以粉碎，用水將廢料浸泡24小時后，換水4～6次洗凈，以除去紡絲溶劑(如硫氰酸鈉)等可溶性雜質(zhì)，直至用10%FeCl3水溶液檢驗(yàn)洗滌液不變紅為止。按所需配方將物料置于密封的高壓反應(yīng)釜中，在前述條件下進(jìn)行水解反應(yīng)，制成水解雙聚銨鹽。配制方案及效果見表4。表4.原料配方及產(chǎn)品性能</tables>注基漿為6%的仇山土+7%的純堿(粘土重);處理劑的加量為2g/l。PAM高、PAM中、PAM低表示高、中、低分子量的聚丙烯酰胺。將水解雙聚銨鹽水劑置于一般容器中，按所需配比加入KOH(工業(yè)品)，在前述條件下進(jìn)行反應(yīng)，制成水解雙聚鉀鹽;將水解雙聚銨鹽或水解雙聚鉀鹽水劑用離心噴霧干燥器，在入口溫度為350～500℃、出口溫度80～100℃，進(jìn)行噴霧干燥制成通用型、防塌型鉆井液處理劑粉劑;在粉劑中按所需組成和比例加入相應(yīng)物料，混合攪拌1-1.5小時即制成降粘型、增粘型的鉆井液處理劑。配制方案及產(chǎn)品性能見表5。表5.產(chǎn)品配比及性能<</tables>注基漿為6%的仇山土+7%的純堿(粘土重);處理劑的加量為2g/l。權(quán)利要求1.一種多功能鉆井液處理劑，本發(fā)明的特征在于以水解雙聚銨鹽A，水解雙聚鉀鹽B，木質(zhì)素磺酸鹽或腐植酸鹽C，水解聚丙烯酰胺或鈉羧甲基纖維素D，所構(gòu)成的下列組成和配比(重量)1)A或B100份，C20～300份；2)A或B100份，D1～50份。2.一種水解雙聚銨鹽的制備方法，是以聚丙烯腈為主要原料，在壓力容器中按下述條件進(jìn)行反應(yīng)溫度170～220℃，壓力1.1～1.7mPa，時間5.5～6.5小時，其特征在于1)原料配比為聚丙烯腈100份，聚丙烯酰胺0.3～3份，加水500～1100份(重量)，其中聚丙烯酰胺按其分子量高(700萬以上)、中(450～700萬)、低(450萬以下)為15～50∶15～50∶15～50份的比例配入;2)所得產(chǎn)物用作鉆井液處理劑使用。3.一種水解雙聚鉀鹽的制備方法，其特征在于1)先按權(quán)利要求2制成水解雙聚銨鹽水劑，然后按水解雙聚銨鹽(以水劑中的含量計(jì)算)100份，KOH15～25份(重量)配料，在85～100℃、攪拌條件下反應(yīng)1～3小時，制成水溶性產(chǎn)品;2)所得產(chǎn)物用作鉆井液處理劑使用。全文摘要本發(fā)明涉及一種鉆井液處理劑，其組成以水解雙聚銨鹽或水解雙聚鉀鹽為必要組分。制備方法是，首先將聚丙烯腈和不同分子量的聚丙烯酰胺按100∶0.3～3(重量比)配料，加熱加壓進(jìn)行水解反應(yīng)，得到水解雙聚銨鹽(水劑)；再加入KOH加熱反應(yīng)，則制成水解雙聚鉀鹽(水劑)；將水劑噴霧干燥制成粉劑。上述產(chǎn)物及其復(fù)配方案，可制成通用型、防塌型、降粘型、增粘型等系列產(chǎn)品。該類產(chǎn)品具有加量少、濾失量低、粘度可調(diào)、剪切稀釋作用強(qiáng)、抗鹽抗鈣抗溫性能好等特點(diǎn)。文檔編號E21B21/06GK1052349SQ8910580公開日1991年6月19日申請日期1989年12月9日優(yōu)先權(quán)日1989年12月9日發(fā)明者彭振斌,曾憲芳,陳志超,匡鎮(zhèn)瑞,劉萍申請人:中南工業(yè)大學(xué),祁東縣第三化工廠