利用腈纶纤维废料制备钻井液处理剂.pdf

第 3晷黄 4括1 9 9 6年 I 2月 石 油 枯 井 工程 利用腈纶纤维废 料制备钻井液处理剂 璺堕董 ⋯ 肷 髋 摘要 产 精作 为钻 井 泣 处理 刑 、稳 定卉 畸 降 失水剂 、降粘 抑 制 刘 等 ，而且 承 加科 政 主韪词 盐盘鎏 三 至 圭里眭叁查型 墨 型羔 盟 垒 堑些 综合利用 前言 ． 现代 钻井对 钻井液处理 剂的要求 越 来越 多，如何 在提 高处 理剂性 能， 增加其 功能， 降 低其成 本 费用 方面 有所 突破 ，是 当前 亟待解 决 的问题 ． 实践 证 明， 以工 业下脚料 作为 钻 井液原 始组分 或制 各处 理 剂， 不仅 可 以降低处理 剂生 产 成 本和钻井 工程费用 ，而且 原料 易 得，其 中相 当一部 分 能够不 同程度 提 高处 理荆性 能或 者制备成 一 剂多效 的处理 剂． 同时． 废物 利用 还可 以解 决环境 污染 问题 ，一举数得 ． 生产精纶 产 品的合成纤维 柯料聚 丙烯腈 早 已是人们 熟悉的优 良钻 井液处理 剂村科 从 经 济 角度 考虑 ，人们把 目光投 向 了腈 纶废丝 ．腈纶废 丝加碱 水解 后， 即为 水解 聚丙烯 腈 ， 可用来制 备各种处理 齐 目 ，如稳定 剂， 降失水 剂等，其性 能 良好，效果 显 著． 本文拟 将 有关利用腈 纶纤 维废料 的研究 ．应 用及 发展情 况加 以 总结 ， 以期 【 起 各 行业 钻探 工程 技 术人 员的普遍 注意．从 而加速 这 方面的工作 ．以 求取 得 更大 的经济效 益和社 会 效 益 ． 多效稳定剂 早在 7 0年代初，腈纶纤雏废料碱解产物即已作为稳定刺处理牯土钻井藏，随着研究工 作的深入，以腈纶纤维废料制备稳定剂的配方及药} f 9 使用方法都不断改进和完善，特别是 增 加该 种稳定 剂效能 方面 ．很 有收 获． ． 水解聚丙燔瞎稳定荆 一 般是将 腈 纶纤维 的湿 废料加 苛 性钠 或 钾进行 水解而 制备稳 定 剂。来 源 于不 同地 方的 腈纶纤维厂及针织厂的废料所制得的稳定剂均同样有效，重要的是废料与碱的配合比例及 反应 基件 ．例 如．废 料与苛性 钠 比例 为 1 0 ． 7，在 8 5～ 】 O 0℃．常压 下水解 5～8 h．待 鹰 完全溶 解 后， 即为高效铣 钻井液稳 定 剂． 用 处理含硫酸 铁 的 钾 基 钻井液即使 在 1 4 O c下仍 能保 持其 良好的 滤失 指标 、粘度 等基本 性能 ．不 过，这种稳 定 剂抗 Na CI能 力较 差， 营在 Na CI 浓度大 于 1 0 ％时．钻井液 滤 失指标 会很 高。 因此 ．一 般局 限于淡水 茎或 以硫酸 一 维普资讯 2 O 郭建 平 利 用 腈 培坪 堆庄 抖 制备 钻 井 液 处理 卉 { 铁 矿化 的低固相钻井液 中应用 ． 2．水解聚丙烯瞎稳定莉作润滑剂 含 2％～6％硫氰酸钠 的腈纶纤维湿废料，即丙烯腈与丙烯酸 甲酯和含有 2％～6％ 硫 氰酸钠 的衣康酸 钠之共聚物 ，在与碱 和水之 比为 1 0 2 3 ． 8的条件 下水解 后制 得的液 体稳 定 剂还兼备润滑剂 的功 能． 这是 因为 ． 该 药剂作 为稳 定剂其投 加量为 0 ． 1％ ～0 ． 5％ 除 注 明者 夕 } 全文均指质量 就足 够 了，但 随着 加量超过 O ． 5％之后逐 渐增 大，该种 水解 共聚 物 能形成 高分子吸附层，钻井 液润 滑性 能和牯 附性 相应增大 ，而 同时又保持 了其 他优 良特性 。 这样 既可 以减小卡钻 危险性和 钻 具研磨性磨 损， 改善钻头 破岩及 钻头 工作面 的净化 和钻 头 轴承 的润 滑，又可 以在钻进不 稳定 泥岩层 时减少 井下 复杂情 况。提 高钻速 和降低总 钻 井成 本． 该稳 定剂作为润 滑剂使用 的评价 结果如表I所示．在 实验 室 条件 下，钻井 液润 滑性 和 牯附性分 别 以四球摩擦机上 的润 滑膜强度和金 属件 与滤饼 的分离力 来评价 ． 寰 1 靛／润滑荆效果评价 钻井灌 加 原浆 的 润 滑 椭 * 桐 滑 性能 牯附 力 原油 C M A且 三元共罩物木解{ 蠢 接触藏荷 MP a 磨损斑点直径 ram 润滑膜强度 MP a k P a 参 照 钻 井 { 蠢 1 1 5 2 3．5 0． 3t 0 1 6 86 B2 2 t 5 3． 5 0． 31 8 1 8 O 6 8 ． 0 3 3 0 0 35 0 1 3 05 1 2 5 稳定 ／润滑捌处理的帖井{ 蠢 4 O 25 3 0 0 2 98 18 42 7 7 5 0 40 3 5 O 2 。6 1 95 6 7 5 6 O 5O 3 5 O ． 2驼 214 9 7 2 O ． 55 3 5 0 ． 28 9 21 8 8 7 1 8 1 ． OO 4． 0 0 ． 28 4 257 7 7 O5 9 1 ． 5 0 4． 5 0 29 2 276 3 6 3 1 0 2 00 4． 5 0 29 o 2 6 ． 7 5 1 1 2 50 4． 5 0 25 0 2 7舛 6 ． 7 5 1 2 2 7 5 4． 5 O291 27 伽 6 - 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P a 应辩 辩 木解 K I 、 a 】 量为 2 0％的 穗失 为 2 0％的 牯度 mm 的 蛔 度 量 c m { S 1 5 0 0 3 0 0 4 7 0 0 1 069 4 2 0 阻0 1 5 5 ffmi n ／ 6 0 1 9 6 3 5 f 1 0 6 0 8 0 ／ 4 0 ～ 5 0 0 8 2 9 ／ 4 1 5 0 0 3 5 。 4 6 5 0 1 O 7 9 3 2 5 ／ 6 4 {0 2 0 r ／ mi n ,q8 9 81 3 5 ／ 7 ～ 9 6 0 ～ 8 4 4 5 O6 3 4 ／ 4 6 3 5 4 0 4 0 0 4 6 0 0 1 O 8 9 2 3 0 1 8 0 0 5 5 r l mi n } ／ 9 0 2 9 4 2 5 E 5 7 6 0 8 0 ／ 4 6 5 5 0 6 3 7 』 5 0 5 0 0 2 0 0 4 8 0 0 1 0 4 9 6 5 0 ／ 3 8 0 3 2 5 r i mi n ／ 3 8 9 6 1 、 1 3 ／ 1 5 ～ 1 7 3 O 4 0 ， 2 5 3 0 1 2 2 1 1 2 9 5 5 0 0 6 0 0 4 4 0 e 11 2 8 8 1 0 坞1 2 5 2 r ／ mi n ／ 9 8 3 4 3 2 8 - 1 0 ； 1 2 ～ 1 5 4 0 45／3 0 ～ 3 5 1 O 2 5 ， 3 2 对照配方 75 ～ 1 8 2 8 3 4 3 1 O 一 3 2 1 5 7 ／ 1 8 3 制 得的聚台物之 水分数体不 会沉淀，并 可在两年 以上 时间保持其 自身稳定性 。 4 ． 粉状稳 定剂 鉴 于上 述各 产 品均 为液 态，其使用 受到一 定 限制 ，特 别是在寒 玲地 区， 多变 的气 温影 响极 大地降低 丁这 些药 剂的稳定 性．此外， 液态产 品增 加 丁运输 和储 存的 困难 及 费用 ． 为 丁解砍上 述 问题 ，曾将腈 纶纤维废料 水解 液与粘土按 1 l一 1 3的比例 混合， 然后 在 l ∞一 1 3 0℃条 件下烘干，再粉碎 ，但所得产 品稳定 能力差．另一种 方法 是在 高温 j o o 一 1 2 0℃ 下在洒精 介质中溶解并且 随后在福 尔马林 和亚硫酸 氢钠参与下 在 氢氧化钠水 溶液 中水解 ，反应 生成物 经 过滤和 干燥 后 印可使用 ．此法缺 点 是相对复 杂的 工艺过 程要 求 使用 高毒性物 质。 制 备 柑状稳 定 剂产 品的较好 方法是 将水 解液 与填 充料 炭 黑，乃 乙缺 生产 废料 混合均 匀， 然后置 于装有蜗 杆 装置和加热器 的搅 拌机 内在 5 O 一 6 O℃下 干燥，制 得 的干燥产 品由 蜗杆 搅拌机 进入 辊式粉碎 机，磨成 0 ． 2 5 mm 的细度 ，再用玻璃 纸或 牛皮纸包 装入库 。一般腈 纶纤雏 水解废料 与炭 黑之 比为 3～ 5 1 以干物 计 。 研 究表 明，若要粉 剂保 持液态药 剂的质量，需防止 交联 形成 大分子三 维空 间结 构 过程 发生 和可 能的聚合物 降解 ．考虑到这 些条件 及 聚合物 宫能 闭在矿 化分散体 中的相互 作用 特点，包 括静 电作用 力 和供 体一 受体作 用 力的 影响，离子 交换 过程 的影响， 研 究出 丁可以 在一定程 度上 消除 水解 液脱 水 的不 良后果 的 粉剂制备新 方法 ，其实 质在于 以几种添 加剂对 高分子改性 。 例如，乌克兰科学院研制的高抗盐高抑制性稳定剂q a u H ，这种 以腈纶针织品生 产废料 为 基础的特 剂除 有 乙茎硅 醇钠 以夕 } ， 还加有 乙醇 和丁醇 ，从 而 保证 了药剂 的絮凝稳 维普资讯 幕]卷第 { 期I 9 9 6 年 【 2月 石油钻 井工程 定性． 同时吸 收其它抗盐 稳定 剂 的优 点． 添加木质 素磺 酸盐 提 高稳 定 剂的抗盐 性和 改 善 其抑制性 ． 加入氯 川三 甲基磷酸 降低矿 化钻井液的失 水 把木质 素磺 酸盐 总加 量 的 2 0％ ～ 2 5％先 加入 反应混合物 中，然后把 其余 的 7 5％一 8 0％与氮川 三 甲基磷 酸 预先混合 后再加 入，持 续水解一定 时间后的反应物 在喷 雾干燥室 内以 】 2 O ～ l 4 O℃脱水． 这样制得 的高效 稳定剂 可大大提高钻井 技术经济指标 ． 降 失水剂 1． 睹纶 纤维和烧碱 石棉剂制 备降失水剂 将腈纶纤维废料 在烧碱石棉 剂 石棉与 Na OH的混合物 水溶液 中以 2 0 0℃的温度 沸 煮而 出解 ，制 得的处理 剂具有较 好的 降低失 水和提 高造壁性 能的 功能，腈纶 纤维废料 与烧 碱 石 棉荆和水的质量 此为 1 0 ． 2～ O ． 3 3 2 ． 0 9～ 4 8 ． 7 5．例如 ．取 1 5 g婉碱石 棉剂 与 9 2 5 ml 饮用 水混合， 然后 加入 6 0 g腈 纶纤维生 产废料，把配 好的溶液沸 煮 】 5 rai n，冷却 后得到 粘 度为 2 8 s 、密度 为 1 0 8 0 k g／I T [ 3 的药 剂。表 5所示为 降失 水剂效果评价，表 6所 示为造壁 性 能评 价，从表 6 可以看 出，即使 是同样的组分， 如不 采用上述制备 方法制 成降 失水剂 而分 别加入，也不 可能达到 同样 目的和 效果． 寰 5 腈纶废 料与烧碱石格剂的反应产辅之降失水效果 药 荆 加量 * 钻井液指标 试验 温度 K 一 9 所 评药剂 密度 枯度 滤先量 穗饼厚度 | 争 切力{ I o l P a P H k g t m f s f c m 1 f mm 柳 切 终 切 2 0 1 0 8 0 2 S 9 】5 2 0 【 I O 6 0 2 3 I 7 5 2 0 0 9 2 0 】 0 8 0 ]5 3 o 0 2 0 2 】 o 7 o 28 】 2 】5 0 O 9 】 0 8 0 2 5 1 5 O O I O 75 I 】 0 6 o 23 8 2 O O 9 75 2 1 0 8 0 3 3 O 0 】 O 75 2 】 0 70 2 8 】 0 I 5 0 95 【 0 70 2 7 I 5 O 0 95 1 0 6O 2 5 I 9 2 0 o 95 2 1 08 0 ] 5 0 0 9 5 2 】 o7 o 3 0 【 】 】5 o O 9 注 K 一 9是崩 绝 野 维 鹰 抖 畦 解产 崭 寰 6 腈纶废科与烧碱石棉剂的反应产鞠之造壁性能 在钻井 液中的投加量{ ％ 0 MPa条件下岩心 的渗 透卓 正常条 件下 的滤失 量 【所 评药剂 短纤维蛇 纹石棉 K一 9 烧 碱 1 0 mln 3 0 rain 1 2 0 mi n f c m 1 3 0 mi n 1 0 ． 5 1 5 9 7 1 66 1 5 8 5 5 3 6 2 5 3 5 1日 1 2 1 0 4 1 9 O 2 24 1 3 11 1 O 0 2 1 2 0 1 3 7 31 29 1 3 0 1 O 3 5 0 0 5 5 3 38 21 维普资讯 郭建 平 利 用腈 地 井雌盛 料 誊 { 占井礁 地 理 州 2．水解■丙爆麝和擒攥铝钾明矾管鲁的降失承搠 腈 纶纤维废料 加碱进 行水解 后。再 加褐媒 错 哦矾 反应制得 的降失 水 j ； } j 群具有改 昔钻 井 液造壁 性 能的 效 果． 同 时可 以 强化钻 井 液迄择性 絮凝 和 净 化井 底 钻 ， 工作 匾 的能 力．其制 备 法举例 如下把 6 9 0 g水加 热 s 0一 C， 投加 S 0 g苛 性钠 和 8 0 g腑坨 纤维 废料， 搅拌 3 5～4 0 rai n后， 在水 解过程 结康时【 混 膏协 温蹙 9 0 9 5 c肋Ⅱ I 5 0 g埒 l I ； 煤 t ￡ 析搅拌 4 0 ～4 5 mi n， 同时加 入 3 0 g铝 钾明矾． q 原泊 将睛纶废丝 在 KOH作用 F水 碍 j 觯废的 产物后 群 与窝殖酸 钾苯 哗逆 行接枝 缩聚反应 ，所 得产物 好滞 甲 占 f rf 锫齄 氧 化 蟹 台 后珥喷雾 m { 蜂辟 后 而 得 至 4 g ． j s D声 能 C ． ． ． 盐王 饱 和 具 有 妻 强 滩 4 ， 车 1 抑毹睦能 与其 l赴理 州配 一 、 一 - 一 。 蔓 鬟 p原 泪 f H还 将 精 纶 废 丝 与 尿 素 ．韬 蝶童 ≯ ． ． ． j 荫 鹱 簧 讷 醛 台 成 甍 溢 钻 声 I 壹 蜂 走 啦剂 5 3 ， 其 抗 饱 和 盐 水卫 高 温 蔫 失 ， 、 睦 {『 誓 晶 】 点 用 于髹 并 链 并． 降 粘 刑 钻井清量 咙的 短污染闻题 垣象 遗 - 冠人仃 j 的蓖视而 占铬鞴 释剂 亦 降枯 是主要 }染 镩 之一 近 年 来 ． 国 内 外 铂准 开 程 了 无镑 晦 枯 刺 -也 的 研 究 和 开 发 工 作 取 得 令 满 窟 的 效 果 。 尤 其 令 可 喜 的 是 ， 国 内研 究 也 注 重 壁 用籍 纶 废 丝 作 为 基础 原 料 科 备 t 铬 碡 封， } 原油 剐 钻 井 工 艺 研 究 院 祷 睛 蛇 媛 丝 j N a Ol- j社 术 羲 量 比 l 0 ． 8 ～ 1 0 ～ } E 例 在 9 ～ ⋯0℃ 下 求 鲜 哽丘 j h 熊 岳把 木解 物 中和 夏 H 值 5一 b．缓 噎 定 铤 { 利 在 8 『 I一 9 0 芝 行 亿 降 曩 五 l 一2 h 捋到 靠 于共 聚 物 水 解 渣 毒 鼋定 i 】 粟物 带f { 蕈 至 P H 嫩 ～ I I ． 睡 碾 豢 钙离 j 潼其 适度 交联 ，在 l 2 0 r盛 手 母井 ，制 得 _ 9 ． ． 状 产 品 ， 并 瞳 x D 0 分 与 铣 锉 木 鹱 素磺 黢 盐 磺 甲 基 竭 煤 共 景 制 擂 x -和 XD 9 2 o 2 无 铬 降 秸 齐 J 在 降 糖 、 降 失 水 效果 和 抗 温 能 力 方 面 与 S MC 相 当 ． 其茳 潍抗 鹕 性 能优 十 S MC 效抑 制剂 提 高钻井液 的抗盐性 和抑制 性 至关重 要．腈纶纾维废料 的碱 解产 锈经 适 当改性 郾可 提高粘 土钻井液 在多种无机盐侵蚀 条件 下的抗盐性和抑制性，并 降低 滤渍表 面 张力．愤 姻， 在腈 纶 纤维废料碱 水解 产物 基 础上 另外再 加硫 酸酐磺化矿 化油 的产物 ． 后者 是 以生产磺 酸 赫添加 剂的副产物 为基 础生产 的， 含有多种磺 酸盐、硅酸钠 和 亚硫 酸 铺 ．矿锈 油和 术．药 剂的制 备方式为 把添加 荆 最佳 量 l， ‘一5％ 加入艚纶 缎糟 生产废辩 永 解液 中， 用氢氧亿钠 或氢氧化钾 在 8 5 9 8℃下碱解 23 h．使用 该药 荆托减少井 下复杂情 况 ．改 善岩层软 他 的 条件并据 此提 高机 槭钻速 ． 腈 纶纤维废 料碱解 产绚加硅 氟 酸铵， 则可 以在改 苦钻 井液 抑制性 的 日时提 高其 踌冀性 指．并且 无论对淡水蔓或盐水粘土钻井液，还是对巍化或无牯土钻井灌均 同样有效．表 7 列 出了该种药 荆的蛆分，所处理 钻 井液表现 出的抑制性和 防腐蚀 能 力． 维普资讯 第 3●摹4期1 9 9 6年 1 2月 石 油拈 井工程 衰 7 押翻 ／陆■蚀处理嗣曲技暴评债 序 药卉 畸 蛆成{ ■ 药荆 钻井灌工艺参 数 囊 蚀 抑 崩性 号 群纶纤 强碱 硅 氟 柬 加量 密度 轱度 滤失量 静切 力 1 o - Pa ] P H 连 车 雎胀 景数 塑性 蛋度 维废料 睦馇 c g ， c m { s } { c m 轫切 搏 切 { g l m‘h c r n l g Q t e r n 1 1 0 0 6 o 0 o 8 其余 o 7 5 1 1 9 2 8 5 0 8 2 1 2 4 9 0 0 2 0 2 0 7 1 3 1 2 1 00 6 ． o o0 5 其索 o 7 5 1 1 9 2 8 5 0 8 2 1 2 8 8 0 0 1 0 0 5 9 4 7 8 3 1 30 7 ． 0 01 0 其余 o 7 5 1 1 9 3 3 4 0 1 2 2 1 8 2 8 5 o 0 6 0 4 2 5 2 9 4 1 5 0 8 ． 0 o 5 0 其索 o 7 5 1 1 9 3 5 3 0 1 2 ． 8 2 0 2 8 5 o0 5 0 3 8 5 8 1 5 1 5 0 8 0 07 0 其索 o 7 5 1 2 0 5 6 1 7 1 6 2 8 0 0 5 0 3 3 6 1 7 6 粘 土 粉 配 成 的 暴 裳 1 2 0 9 7 2 2 1 0 2 1 8 ． 2 7 ． 5 o 9 4 2 2 1 1 1 2 结 论 腈 纶 纤维废 料 加碱 水 解 的产物 处理钻 井 液在 技术 上 有较 多 优势 ． 通过不 同 的制 备 方 法 ，特别 是以添加 剂改 性 处理 ，可 以制 得效果更 好 ，功 能更 多 的处理 剂 ．部 分药 剂与 同样 用途 的其他 产 品在性 能上 相 比表现 出明显 的优 越性 ．与市 售 水解聚丙 烯腈 以及 类似功能 的 处理剂产品相比，在原材料价格，处理荆消耗量、制备或运输费用等方面具有明显的经济 优 势． 同时．可 以在 一定范 围 内带来 环保 效益 ． 我 国可 以利用 的腈 纶纤维 废料数 量较大．但 目前仅 限于 个别 油 田有一些成功 的开发 性 研 究和推广 应用， 显得 单蒲． 在 当今 竞争激烈 的钻 井液处 理 剂市 场上， 无论从 钻 井工程 技 术要求 的角度，还 是从 经济观 点来说 ， 以该种 化纤 下脚科 为 基础 材料 的处理 剂产 品，特 别 是高 效多功能 型产 品，一定 会大受 欢迎 ．因此，应 当借 鉴 国 内外成熟经 验 ．更广 泛地 开展 该种下脚料应 用于钻井液 的试 验研 究工作 A c 6 6 3 70 9 C C C P ． I 9 7 5 A c 7 7 51 0 3 C C C P ． 】 9 7 9 H c 由 T H H K 1 9 8 2I 2 pI 4 一 I 5 c 8 8 C C C P 1 9 81 A c 9 6 97 0 9 C C C P 】 9 8 3 SU l 】 4l 】 1 0A 2 3 o 2 I 9 8 5 H e 由 T _ H O e X 0 9 月 n c T B O S U l1 8 9 8 6 7 A ． 07．I 1． 1 98 5 S U 1 4 65 4 41 AI 。 1 5 。 03 。 1 9 9 9 0 ． S U 1 l 9 9 7 6 o A ， 2 3 。 1 2 。 1 9 85 I． H c T M ● Ⅱ r a 3 o 日 ● _ 参考文蕾 9 8 6 5 p 1 4一 I 6 H p。v t∞ ⋯ l 9 9 I { 2 p 2 l一2 3 S U l 5 7A ， 23 。 01 。 1 9 , 4 S U t 7 9 31 AJ ． o 7 。 7． 1 9驰 S U 1 2 5 9 6A1 ． 2 3 ， 0 8 ， I 9B 9 ● 油 田化 学，． I 9 9 3f 1 J 6 9 ● 石 油与天热化工’。 1 9 9 4I 】 p 2 3 8 2 4 0 t 怙井 藏与完井藏’。 1 9 9 2I 6 】 p ] 5 3 9 ● 怙 栗工艺’． I 9 9 4f l I p 5 35 4 SU 1 0 431 5 6 A 2 6 09 1 9 8 3 S ． U【 3 3 9I I 7 AI 2 3 ∞ I 9 8 7 责任绾辑 插玉良 2 3 4 5 6 7 8 9 O 维普资讯