一種有機硅改性水解聚丙烯腈鈉鹽低粘降濾失劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種有機硅改性水解聚丙烯腈鈉鹽低粘降濾失劑的制備方法，包括如下質(zhì)量百分比的原料：廢舊腈綸原料35～50％，NaOH 10～40％，有機硅改性劑1?10％，余量為水；所述的有機硅改性劑為：γ??氯丙基甲基二甲氧基硅烷、D4或D3。本發(fā)明不用對腈綸水解產(chǎn)物進行降解處理，僅在腈綸水解產(chǎn)物的分子鏈中加入適量的有機硅分子，克服了傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝制得的相應降濾失劑產(chǎn)品對泥漿提粘作用嚴重的缺點，通過有機硅改性使產(chǎn)品提粘作用大幅降低，同時產(chǎn)品的降濾失性優(yōu)良；制備的降濾失劑在較高溫度下的性能波動性小，質(zhì)量穩(wěn)定性好。
【專利說明】
一種有機硅改性水解聚丙烯腈鈉鹽低粘降濾失劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種有機硅改性水解聚丙烯腈鈉鹽低粘降濾失劑的制備方法，屬于鉆 井液添加劑制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 降濾失劑是石油鉆探過程中最常用、最重要的一種添加劑，它可以降低鉆井液中 的水分向地層中滲透，從而穩(wěn)定井壁，保護地層。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。人工合成高分子類產(chǎn)品可以根據(jù)具體 鉆探要求，通過改變分子基團種類、分子結(jié)構(gòu)和分子量來設(shè)計產(chǎn)品，但通常成本高，加工工 藝較復雜，在一定程度上制約了其應用范圍。聚丙烯腈水解產(chǎn)物很早就被用于鉆井液添加 劑，主要原料為廢舊腈綸，原料成本低，加工工藝簡單，抗溫和抗鹽效果優(yōu)越，曾一度被廣泛 的應用于油田鉆探過程;但在使用過程中存在較嚴重的提粘現(xiàn)象，通常需要稀釋劑配合使 用。
[0003] 自聚丙烯腈水解物作為鉆井液助劑以來，人們不斷開發(fā)新的加工工藝以提高其性 能。水解聚丙烯腈改性產(chǎn)品主要有：1)水解聚丙烯腈銨鹽、鈉鹽、鉀鹽、鈣鹽;2)以水溶性丙 烯類單體為改進劑，與聚丙烯腈水解物共聚改性;上述方法不同程度的對聚丙烯腈水解產(chǎn) 物抗溫、抗鹽和抗高價陽離子能力有所改善，但對其提粘的問題卻無能為力。
[0004] 中國專利文獻CN 102994055A公開了一種鉆井液用降濾失劑水解聚丙烯腈銨鹽的 制備方法，其各物料按重量份數(shù)計為：精制棉400~500份、燒堿90~110份、氯乙酸15~25 份、腈綸400~500份;經(jīng)堿化、醚化、水解反應得到鉆井液用降濾失劑水解聚丙烯腈銨鹽處 理劑。但是，該方法以精制棉和腈綸為主要原料，成本高;而且水解溫度高達190°C~210°C， 能耗較高，壓力在12-20大氣壓之間，安全隱患大。
[0005] 中國專利文獻CN 1060795C公開了一種丙烯類單體接枝聚丙烯腈水解物制備鉆井 液助劑的制備方法，聚丙烯腈水解物100份、丙烯酸10-50份、丙烯酰胺10-70份，2-丙烯酰胺 基-2-甲基丙烯酸1-20份、3-丙烯酰胺基丙基二甲基氯化銨1-15份、水1000-2000份、引發(fā)劑 K2S2〇8-NaHS030.002-0.05份，加入反應釜，30-55 °C反應5小時，而后加入高價陽離子凝結(jié)聚 沉，真空干燥粉碎后加活性劑(硫酸鹽或碳酸鹽或磷酸鹽)得抗鹽性能優(yōu)良的鉆井液助劑。 但該方法接枝丙烯類單體形成的共聚物分子量進一步提高，提粘作用更明顯。
[0006] 現(xiàn)有的聚丙烯腈水解物降濾失劑無法同時保證產(chǎn)品的降濾失性和降粘性均達到 理想的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種有機硅改性水解聚丙烯腈鈉鹽低粘降濾失 劑的制備方法。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0009] -種低粘度水解聚丙烯腈鈉鹽降濾失劑的制備方法，包括如下質(zhì)量百分比的原 料：
[0010] 廢舊腈給原料35~50%，NaOH 10~40%，有機娃改性劑H0%，余量為水;所述的 有機硅改性劑為：γ--氯丙基甲基二甲氧基硅烷、八甲基環(huán)四硅氧烷(D4)或六甲基環(huán)三硅 氧燒(D3);
[0011] 制備步驟如下：
[0012] (1)將廢舊腈綸原料洗凈，晾干，加入到捏合反應器；
[0013 ] ⑵按比例取NaOH加水配制成濃度30~45wt %的NaOH溶液，加到步驟（1)的廢舊腈 綸原料中，加熱升溫至1 〇〇~115 °C進行水解反應120~150min，得水解混合料；
[0014] (3)按比例將有機硅改性劑加入到步驟(2)得到的水解混合料中，100~115 °C反應 1~2h，得膠狀物；
[0015] (4)將步驟(3)得到的膠狀物于105~125°C干燥10~15h，粉碎，過60~100目篩，即 得低粘度水解聚丙烯腈鈉鹽降濾失劑；
[0016] 所述的步驟(2)所用的水、步驟(3)所用的水、廢舊腈綸原料、NaOH、有機硅改性劑 的質(zhì)量百分比加和為百分之百。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的有機硅改性劑為γ -氯丙基甲基二甲氧基硅烷。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的有機娃改性劑質(zhì)量百分含量為4~7%，更優(yōu)選6%。 [0019]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的NaOH的質(zhì)量百分含量為30~40%，更優(yōu)選35%。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的步驟(2)中水解反應溫度為105°C。
[0021 ]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的步驟(3)中反應溫度為100°C。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的步驟(4)中干燥溫度為110~120°C。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的廢舊腈綸原料為聚丙烯腈質(zhì)量含量多75%的纖維、織 物。
[0024] 本發(fā)明制得的降濾失劑為可流動性固體粉末，適用溫度一般在室溫至150°C，相比 傳統(tǒng)水解聚丙烯腈鈉鹽在泥漿體系中粘度降低率大于50%，可在淡水泥漿或飽和鹽水泥漿 中使用。本發(fā)明所用NaOH可為含量大于96wt%的工業(yè)級產(chǎn)品。
[0025] 本發(fā)明方法主要在廢腈綸水解過程后進行有機硅改性，僅在腈綸水解產(chǎn)物的分子 鏈中加入適量的有機硅分子，即可保持最終產(chǎn)品優(yōu)良的降濾失性能和粘度性能。本發(fā)明方 法生產(chǎn)的產(chǎn)品提粘作用大幅降低，反應采用捏合反應器，具有能耗低，產(chǎn)能大，工藝簡單，易 操作等特點。
[0026]本發(fā)明的有益效果：
[0027] 1、本發(fā)明不用對腈綸水解產(chǎn)物進行降解處理，僅在腈綸水解產(chǎn)物的分子鏈中加入 適量的有機硅分子，克服了傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝制得的相應降濾失劑產(chǎn)品對泥漿提粘作用嚴重的 缺點，通過有機硅改性使產(chǎn)品提粘作用大幅降低，同時產(chǎn)品的降濾失性優(yōu)良。
[0028] 2、本發(fā)明制備的降濾失劑在較高溫度下的性能波動性小，質(zhì)量穩(wěn)定性好。
[0029] 3、本發(fā)明制備方法簡單，產(chǎn)能大，易于形成工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0030] 下面通過具體實施例對本發(fā)明做進一步說明，但不限于此。
[0031] 實施例中的廢舊腈綸原料(聚丙烯腈質(zhì)量含量>75%)是市購的紡織廠的廢腈綸 纖維。
[0032] 實施例中的捏合機是本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)設(shè)備，購自山東龍興化工機械集團公司NH5L型 捏合機。
[0033]實驗例中的評價方法如下：
[0034] 淡水評價方法：將評價土、水、NaHC03按35 :350:1的比例高速（10000轉(zhuǎn)/分）混合 20min，然后按基漿質(zhì)量的1.5%加入降濾失劑并高速(10000轉(zhuǎn)/分)攪拌20min。將所得泥漿 置入養(yǎng)護瓶養(yǎng)護16小時，或在設(shè)定溫度下熱滾爐中老化16小時，將泥漿取出，按Q/SH1020標 準測其淡水中壓ΑΡΓ濾失量。
[0035] 飽和鹽水（NaCl)評價方法：將評價土、飽和鹽水、NaHC03按35 :350:1的比例高速 (10000轉(zhuǎn)/分)混合20min，然后按基漿質(zhì)量的1.5%加入所制備的降濾失劑高速（10000轉(zhuǎn)/ 分)攪拌20min。將所得泥漿置入養(yǎng)護瓶養(yǎng)護16小時，或在設(shè)定溫度下熱滾爐中老化16小時， 將泥漿取出，按Q/SH1020測其飽和鹽水中壓API濾失量。
[0036]粘度測試方法:將試驗用鈉土、水、無水碳酸鈉按35:400:1的比例配制基漿，高速 (10000轉(zhuǎn)/分）攪拌20min，密閉養(yǎng)護24h之后，高速（10000轉(zhuǎn)/分）攪拌5min立即按GB/T 16783.1測試其Φ 100讀值，即為基漿粘度。然后按基漿質(zhì)量的2.75%加入降濾失劑高速 (10000轉(zhuǎn)/分)攪拌20min，立即按GB/T 16783.1測試其Φ 100讀值，即為樣品對基漿的影響 粘度。
[0037] 實施例1
[0038] -種有機硅改性水解聚丙烯腈鈉鹽低粘降濾失劑的制備方法，步驟如下：
[0039] (1)將800g廢舊腈綸原料洗凈，晾干，加入到5升的捏合機內(nèi)；
[0040] (2)將42(^似0!1配置成120(^溶液倒入上述捏合機內(nèi)，加熱升溫至105°(：，水解捏合 反應120min，得初水解混合料；
[0041] (3)將20.5gy-_氯丙基甲基二甲氧基硅烷加入到步驟(2)得到的水解混合料中， l〇〇°C反應90min，得膠狀物；
[0042] (4)將步驟(3)得到的膠狀物于110°C干燥10h，粉碎，過60目篩，得產(chǎn)品。
[0043] 實施例2
[0044] -種有機硅改性水解聚丙烯腈鈉鹽低粘降濾失劑的制備方法，步驟如下：
[0045] (1)將800g廢舊腈綸原料洗凈，晾干，加入到5升的捏合機內(nèi)；
[0046] (2)將42(^似0!1配置成120(^溶液倒入上述捏合機內(nèi)，加熱升溫至105°(：，水解捏合 反應120min，得水解混合料；
[0047] (3)將85gY-氯丙基甲基二甲氧基硅烷加入到步驟⑵得到的水解混合料中，100 °C反應90min，得膠狀物；
[0048] (4)將步驟(3)得到的膠狀物于110°C干燥10h，粉碎，過60目篩，得產(chǎn)品。
[0049] 實施例3
[0050] -種有機硅改性水解聚丙烯腈鈉鹽低粘降濾失劑的制備方法，步驟同實施例1，不 同的是步驟(3)中丫一氯丙基甲基二甲氧基硅烷130g。
[0051 ] 實施例4
[0052] -種有機硅改性水解聚丙烯腈鈉鹽低粘降濾失劑的制備方法，步驟同實施例1，不 同的是步驟(3)中丫一氯丙基甲基二甲氧基硅烷為220g。
[0053] 實施例5
[0054] 一種有機硅改性水解聚丙烯腈鈉鹽低粘降濾失劑的制備方法，步驟如下：
[0055] (1)將800g廢舊腈綸原料洗凈，晾干，加入到5升的捏合機內(nèi)；
[0056] (2)將42(^似0!1配置成120(^溶液倒入上述捏合機內(nèi)，加熱升溫至105°(：，水解捏合 反應120min，得水解混合料；
[0057] (3)將85g八甲基環(huán)四硅氧烷加入到步驟（2)得到的水解混合料中，100°C反應 90min，得膠狀物；
[0058] (4)將步驟(3)得到的膠狀物于110 °C干燥1 Oh，粉碎，過60目篩，得產(chǎn)品。
[0059] 實施例6
[0060] 一種有機硅改性水解聚丙烯腈鈉鹽低粘降濾失劑的制備方法，步驟同實施例5,不 同的是步驟(3)中八甲基環(huán)四硅氧烷130g。
[0061 ] 實施例7
[0062] -種有機硅改性水解聚丙烯腈鈉鹽低粘降濾失劑的制備方法，步驟如下：
[0063] (1)將800g廢舊腈綸原料洗凈，晾干，加入到5升的捏合機內(nèi)；
[0064] (2)將42(^似0!1配置成120(^溶液倒入上述捏合機內(nèi)，加熱升溫至105°(：，水解捏合 反應120min，得水解混合料；
[0065] (3)將130g六甲基環(huán)三硅氧烷加入到步驟（2)得到的水解混合料中，100°C反應 90min，得膠狀物；
[0066] (4)將步驟(3)得到的膠狀物于110°C干燥10h，粉碎，過60目篩，得產(chǎn)品。
[0067] 實施例8
[0068] -種有機硅改性水解聚丙烯腈鈉鹽低粘降濾失劑的制備方法，步驟如下：
[0069] (1)將800g廢舊腈綸原料洗凈，晾干，加入到5升的捏合機內(nèi)；
[0070] (2)將48(^似0!1配置成120(^溶液倒入上述捏合機內(nèi)，加熱升溫至105°(：，水解捏合 反應120min，得水解混合料；
[0071] (3)將130gy-_氯丙基甲基二甲氧基硅烷加入到步驟（2)得到的水解混合料中， l〇〇°C反應90min，得膠狀物；
[0072] (4)將步驟(3)得到的膠狀物于110 °C干燥1 Oh，粉碎，過60目篩，得產(chǎn)品。
[0073] 實施例9
[0074] -種有機硅改性水解聚丙烯腈鈉鹽低粘降濾失劑的制備方法，步驟如下：
[0075] (1)將800g廢舊腈綸原料洗凈，晾干，加入到5升的捏合機內(nèi)；
[0076] (2)將36(^似0!1配置成120(^溶液倒入上述捏合機內(nèi)，加熱升溫至105°(：，水解捏合 反應120min，得水解混合料；
[0077] (3)將130gy-_氯丙基甲基二甲氧基硅烷加入到步驟（2)得到的水解混合料中， l〇〇°C反應90min，得膠狀物；
[0078] (4)將步驟(3)得到的膠狀物于110 °C干燥1 Oh，粉碎，過60目篩，得產(chǎn)品。
[0079] 對比例1
[0080] 將800g廢舊腈綸原料洗凈，晾干，加入到5升的捏合機內(nèi)；將420gNa0H配置成1200g 溶液倒入上述捏合機內(nèi)，加熱升溫至l〇5°C，水解捏合反應120min，將水解產(chǎn)物于110°C干燥 1 Oh，粉碎，過60目篩，得廣品。
[0081 ] 對比例2
[0082] 選用工業(yè)上普遍使用的水解聚丙烯腈鈉鹽降濾失劑，進行對比。
[0083] 本發(fā)明制備的降濾失劑可在淡水泥漿或飽和鹽水泥漿中使用，降濾失性和粘度性 能優(yōu)良。
[0084]實驗例1淡水濾失性能評價
[0085] 實施例1~9、對比例1~2的淡水濾失量評價結(jié)果如表1所示。
[0086] 表 1
[0088] 實驗例2飽和鹽水(NaCl)濾失性能評價
[0089] 實施例1~9、對比例1~2的飽和鹽水(NaCl)濾失量評價結(jié)果如表2所示。
[0090] 表 2
[0092] 實驗例3泥漿粘度性能評價
[0093] 實施例1~9、對比例1~2的泥漿粘度影響評價結(jié)果如表3所示，基漿的粘度Φ 100 度值為26。
[0094] 表 3
[0096] 由表1、2可知，本發(fā)明制備的降濾失劑在淡水和飽和鹽水中的室溫降濾失性能優(yōu) 良，在150Γ時的降濾失性能優(yōu)良，性能指標明顯比工業(yè)上普遍使用的水解聚丙烯腈鈉鹽降 濾失劑好。由表3可知，本發(fā)明制備的降濾失劑粘度性能優(yōu)良，明顯比對比例1~2的要好。通 過對比實施例1~9和對比例2可知，水解聚丙烯腈鈉鹽通過適量有機硅改性，能夠在保持水 解聚丙烯腈鈉鹽抗鹽和抗溫性能的基礎(chǔ)上，使泥漿體系粘度大幅降低。
[0097] 因此，本發(fā)明制備的降濾失劑克服了傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝制得的相應降濾失劑產(chǎn)品對泥 漿提粘作用嚴重的缺點，通過有機硅改性使產(chǎn)品提粘作用大幅降低，同時產(chǎn)品的降濾失性 優(yōu)良；在降濾失性和粘度性能方面均表現(xiàn)出優(yōu)良的效果。
【主權(quán)項】
1. 一種低粘度水解聚丙烯腈鈉鹽降濾失劑的制備方法，包括如下質(zhì)量百分比的原料： 廢舊腈綸原料35~50%，NaOH 10~40%，有機硅改性劑1-10%，余量為水;所述的有機 硅改性劑為：γ-_氯丙基甲基二甲氧基硅烷、八甲基環(huán)四硅氧烷(D4)或六甲基環(huán)三硅氧烷 (D3); 制備步驟如下： (1) 將廢舊腈綸原料洗凈，晾干，加入到捏合反應器； (2) 按比例取NaOH加水配制成濃度30~45wt %的NaOH溶液，加到步驟（1)的廢舊腈綸原 料中，加熱升溫至100~115 °C進行水解反應120~150min，得水解混合料； (3) 按比例將有機硅改性劑加入到步驟(2)得到的水解混合料中，100~115 °C反應1~ 2h，得膠狀物； (4) 將步驟⑶得到的膠狀物于105~125°C干燥10~15h，粉碎，過60~100目篩，即得低 粘度水解聚丙烯腈鈉鹽降濾失劑； 所述的步驟（2)所用的水、步驟(3)所用的水、廢舊腈綸原料、NaOH、有機硅改性劑的質(zhì) 量百分比加和為百分之百。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低粘度水解聚丙烯腈鈉鹽降濾失劑的制備方法，其特征在于， 所述的有機硅改性劑為γ -氯丙基甲基二甲氧基硅烷。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低粘度水解聚丙烯腈鈉鹽降濾失劑的制備方法，其特征在于， 所述的有機娃改性劑質(zhì)量百分含量為4~7%。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的低粘度水解聚丙烯腈鈉鹽降濾失劑的制備方法，其特征在于， 所述的有機娃改性劑質(zhì)量百分含量為6%。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低粘度水解聚丙烯腈鈉鹽降濾失劑的制備方法，其特征在于， 所述的NaOH的質(zhì)量百分含量為30~40%。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低粘度水解聚丙烯腈鈉鹽降濾失劑的制備方法，其特征在于， 所述的NaOH的質(zhì)量百分含量為35%。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低粘度水解聚丙烯腈鈉鹽降濾失劑的制備方法，其特征在于， 所述的步驟(2)中水解反應溫度為105°C。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低粘度水解聚丙烯腈鈉鹽降濾失劑的制備方法，其特征在于， 所述的步驟(3)中反應溫度為100°C。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低粘度水解聚丙烯腈鈉鹽降濾失劑的制備方法，其特征在于， 所述的步驟(4)中干燥溫度為110~120 °C。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低粘度水解聚丙烯腈鈉鹽降濾失劑的制備方法，其特征在 于，所述的廢舊腈綸原料為聚丙烯腈質(zhì)量含量多75%的纖維、織物。
【文檔編號】C09K8/035GK106047315SQ201610429777
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】張文郁
【申請人】齊魯工業(yè)大學