本发明涉及一种钻井废液的处理剂，尤其涉及一种水基钻井废液用处理剂及其制备方法。
背景技术：
在油气钻井过程中产生的钻井废液主要是钻井废泥浆及钻井废水两大类，其中钻井废泥浆是一种含有多种有机无机化学处理剂、黏土、岩屑、水等组成的稳定胶体体系；钻井废水是含有多种有机物、可溶性无机盐类、少量粘土岩屑粉末等组成的废水。钻井废液具有有机物含量高、矿化度高、色度高、还含有一定的油脂类润滑剂等物质。该类废液若不经过有效的处理直接排放，将会对环境污染严重，安全风险大。目前常用的钻井废液处理方法中使用的处理剂是以铝盐或铁岩为主的无机混凝剂，此系列处理剂对于钻井废液的处理效果较差，主要体现在废泥浆脱稳破胶不彻底，液相色度高，有机物降解去除率很低，用量大，成本高，功能单一，需要加入多种处理剂才能达到处理效果，处理工艺复杂。而且大多为固体粉末，现场加药溶解性较慢，影响处理效果和速率。因此研究一种针对水基钻井废液用集多功能于一体的高效处理剂，对于油气开采钻井污染物处理具有重要意义。
技术实现要素：
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是针对现有技术中用于处理水基钻井废液的无机混凝剂存在的不足，提供一种集多功能于一体的水基钻井废液用高效处理剂。
本发明还有一个目的是提供一种水基钻井废液用高效处理剂的制备方法，其工艺步骤简单，反应条件温和，操作安全，制备出的处理剂对水基钻井废液的处理效果明显。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种水基钻井废液用处理剂，由以下原料组分混合反应制成：硅酸钠、氧化镁、无机金属盐、有机单体、引发剂、分子量调节剂。
优选的是，所述无机金属盐包括三氯化铁、硫酸铝和四硼酸钠。
优选的是，各原料组分按如下重量比混合反应：硅酸钠5～7份、氧化镁15～25份、三氯化铁15～30份、硫酸铝20～35份、四硼酸钠2～5份、有机单体3～5份、引发剂0.3～0.5份、分子量调节剂0.02～0.10份。
优选的是，所述有机单体为丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵按摩尔比4.5～7.0:1.0～2.0混合而成。
优选的是，所述引发剂为过硫酸盐和亚硫酸氢钠氧化还原体系。
一种如上所述水基钻井废液用处理剂的制备方法，包括如下步骤：
a)称取各原料组分；
b)制备中间体：将硅酸钠溶于水中，调节溶液酸度至弱酸性，陈化3～10h，得到硅酸钠的水溶液，向所得硅酸钠的水溶液中加入氧化镁及无机金属盐，搅拌反应，得到中间体A；
c)制备处理剂：将丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵加入中间体A中充分搅拌溶解，然后加入引发剂、分子量调节剂，搅拌反应，得到水基钻井废液用处理剂。
优选的是，所述步骤b)包括：
b1)将硅酸钠溶于去离子水中，搅拌5～10min至完全溶解，配制成质量百分数5.0～6.0％的溶液，用无机酸调节pH值为4.5～5.5，陈化3～10h，得到硅酸钠的水溶液；
b2)向所得硅酸钠的水溶液中加入氧化镁的酸溶液及无机金属盐溶液，在35～45℃下密封保温搅拌反应8～10h后，静置存放8h，得到中间体A。
优选的是，所述无机酸为稀硫酸溶液。
优选的是，所述无机金属盐溶液为质量百分数20～40％的无机金属盐水溶液。
优选的是，所述步骤c)具体为：将丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵按摩尔比4.5～7.0:1.0～2.0加入中间体A中充分搅拌溶解，然后加入引发剂、分子量调节剂，在反应温度45～60℃下密封保温搅拌反应2～3h，得到水基钻井废液用处理剂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的水基钻井废液用处理剂由多种金属盐及金属氧化物、硅酸钠、稳定剂、活性氧化剂单体、高分子有机单体丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵、引发剂和分子量调节剂等在一定条件下聚合反应形成的多功能无机有机高分子处理剂。该处理剂含有多种不同价位的离子，对于钻井废泥浆稳定胶体体系具有很好的压缩双电层的作用，同时多种高价离子水解后形成具有强烈吸附能力的基团结构，对液相中的絮体形成快速多点吸附、卷扫作用，同时在合成过程中与高分子絮凝剂形成网络结合，利用高分子的吸附架桥、卷扫作用加速絮体的沉降，实现高效的固液分离。该处理剂不但具有压缩双电层而破坏胶体作用，水解形成多点吸附、卷扫、架桥作用，而且具有一定的氧化作用，因此对水基钻井废液具有多功能高效的处理效果，明显优于无机混凝处理剂。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1水基钻井废液用处理剂的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明做详细说明。
本发明的水基钻井废液用处理剂的制备工艺流程如图1所示。
实施例1
水基钻井废液的制备方法步骤如下：
a)按如下重量比称取各原料组分：硅酸钠5份、氧化镁15份、三氯化铁15份、硫酸铝20份、四硼酸钠2份、有机单体3份、引发剂0.3份、分子量调节剂0.02份；
b)制备中间体：b1)将硅酸钠溶于去离子水中，搅拌5～10min至完全溶解，配制成质量百分数5％的溶液，用稀硫酸调节pH值为4.5～5.5，陈化3h，得到硅酸钠的水溶液；b2)向所得硅酸钠的水溶液中加入氧化镁的酸溶液及无机金属盐溶液(加入先后顺序无要求)，其中，所述无机金属盐溶液为三氯化铁、硫酸铝和四硼酸钠溶于水配置成的总质量百分数20％的水溶液，所述氧化镁用于稀硫酸中配制成氧化镁的酸溶液，在35℃下密封保温搅拌反应8h后，静置存放8h，得到中间体A；
c)制备处理剂：将丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵按摩尔比4.7:2加入中间体A中充分搅拌溶解，然后加入引发剂过硫酸盐和亚硫酸氢钠氧化还原体系，再加入分子量调节剂，优选的分子量调节剂为甲酸钠，在反应温度45℃下密封保温搅拌反应2h，得到水基钻井废液用处理剂。
实施例2
水基钻井废液的制备方法步骤如下：
a)按如下重量比称取各原料组分：硅酸钠7份、氧化镁25份、三氯化铁30份、硫酸铝35份、四硼酸钠5份、有机单体5份、引发剂0.5份、分子量调节剂0.10份；
b)制备中间体：b1)将硅酸钠溶于去离子水中，搅拌5～10min至完全溶解，配制成质量百分数6％的溶液，用稀硫酸调节pH值为4.5～5.5，陈化10h，得到硅酸钠的水溶液；b2)向所得硅酸钠的水溶液中加入氧化镁的酸溶液及无机金属盐溶液(加入先后顺序无要求)，其中，所述无机金属盐溶液为含有三氯化铁、硫酸铝和四硼酸钠的总质量百分数40％的水溶液，所述氧化镁用于稀硫酸中配制成氧化镁的酸溶液，在45℃下密封保温搅拌反应10h后，静置存放8h，得到中间体A；
c)制备处理剂：将丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵按摩尔比7:1加入中间体A中充分搅拌溶解，然后加入引发剂过硫酸盐和亚硫酸氢钠氧化还原体系，再加入分子量调节剂控制分子量，优选的分子量调节剂为甲酸钠，在反应温度60℃下密封保温搅拌反应3h，得到水基钻井废液用处理剂。
实施例3
水基钻井废液的制备方法步骤如下：
称取6份硅酸钠溶解于去离子水中，配制成质量百分比5.23％的溶液，充分搅拌溶液完全后，用稀硫酸调节pH值为5，陈化3h，然后依次加入15份三氯化铁的溶液，20份氧化镁的酸液，35份硫酸铝的溶液及2份四硼酸钠，然后在40℃下充分搅拌反应5h后静置存放8h，即得到中间体A；将丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵按摩尔比6.25:1分别加入中间体A中充分搅拌溶解，然后加入0.3份引发剂过硫酸盐和亚硫酸氢钠氧化还原体系，再加入0.10份甲酸钠分子量调节剂控制分子量，在50℃下反应2.5h，得到水基钻井废液用处理剂，为了方便后续描述，将所得处理剂取名为KNPJ-1。
分别改变三氯化铁用量为20份、25份、30份，其他原料组分用量不变，制备方法同上，分别得到处理剂KNPJ-2、KNPJ-3、KNPJ-4。此系列处理剂是一种酒红色或红棕色液体，流动性能好。
实施例4
称取6份硅酸钠溶解于去离子水中，配制成质量百分比5.23％的溶液，充分搅拌溶液完全后，用稀硫酸调节pH值为5，陈化3h，然后依次加入20份三氯化铁的溶液，15份氧化镁的酸液，35份硫酸铝的溶液及2份四硼酸钠，然后在40℃下充分搅拌反应5h后存放8h，即得到中间体A；将丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵按摩尔比6.25:1分别加入中间体A中充分搅拌溶解，然后加入0.3份引发剂过硫酸盐或亚硫酸氢钠氧化还原体系，再加入0.10份甲酸钠分子量调节剂控制分子量，在50℃下反应2.5h，得到所制备的处理剂KNPJ-5。
分别改变氧化镁用量为20份、25份，其他原料组分用量不变，制备方法同上，分别得到处理剂KNPJ-6、KNPJ-7。此系列处理剂是一种酒红色或红棕色液体，流动性能好。
实施例5
称取6份硅酸钠溶解于去离子水中，配制成质量百分比5.23％的溶液，充分搅拌至完全溶解，调节pH值为5，陈化3h，然后依次加入20份三氯化铁的溶液，20份氧化镁酸液，20份硫酸铝的溶液及2份四硼酸钠，然后在40℃下充分搅拌反应5h后存放8h即得到中间体A；将丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵按摩尔比6.25:1分别加入中间体A中充分搅拌溶解，然后加入0.3份引发剂过硫酸盐和亚硫酸氢钠氧化还原体系，再加入0.10份甲酸钠分子量调节剂控制分子量，在50℃下反应2.5h后，得到处理剂KNPJ-8。
分别改变硫酸铝用量为25份、30份、35份，其他原料组分用量不变，制备方法同上，分别得到处理剂KNPJ-9、KNPJ-10、KNPJ-11。此系列处理剂是一种酒红色或红棕色液体，流动性能好。
KNPJ系列处理剂的应用案例：
原始污染物主要指标：钻井废泥浆原始CODcr为6524.5mg/L，干化后浸出液色度315倍；钻井废水原始CODcr为8376.5mg/L，废水色度340倍，含油325.6mg/L。
分别将上述方法制备的KNPJ-1～11系列处理剂用于处理钻井废泥浆。取200g钻井废泥浆，向其中加入4gKNPJ系列处理剂，搅拌均匀后沉降30min测试分析相应指标。并与常规处理剂聚合氯化铝(PAC)、硫酸铝和三氯化铁的处理效果进行对比，考察处理剂对钻井废泥浆处理效果。测试结果如表1。从测试结果看出，不同配方体系制备出来的KNPJ，其处理效果影响不是很大，处理剂用量2.0％时，破胶效果均较好。而且KNPJ系列处理剂的效果明显优于常规处理剂PAC、硫酸铝、三氯化铁。
分别将上述方法制备的KNPJ-1～11系列处理剂用于处理钻井废水。取200g钻井废水，向其中加入1.4gKNPJ系列处理剂，搅拌均匀后沉降30min测试分析相应指标。并与常规处理剂聚合氯化铝(PAC)、硫酸铝和三氯化铁的处理效果进行对比，考察处理剂对钻井废水处理效果。测试结果如表2。从测试结果分析看出，不同的KNPJ用量处理钻井废水，用量越多，处理效果变好，但用量达到1.5％时，再增加用量，处理效果变化不大。同时对比三种常见的混凝处理剂，三种混凝处理剂处理效果明显差于制备的KNPJ系列处理剂。
表1.KNPJ系列处理剂对钻井废泥浆处理效果
表2.KNPJ处理剂对钻井废水处理效果
上述方法制备的KNPJ系列处理剂的物性指标及处理指标要求见表3。
表3.KNPJ系列处理剂物性指标及处理指标要求
综上所述，本发明的水基钻井废液用处理剂由多种无机金属盐及金属氧化物氧化镁、硅酸钠、稳定剂、活性氧化剂单体、高分子有机单体丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵、引发剂和分子量调节剂等在一定条件下聚合反应形成的多功能无机和有机高分子相结合的处理剂。该处理剂含有多种不同价位的离子，对于钻井废泥浆稳定胶体体系具有很好的压缩双电层的作用，同时多种高价离子水解后形成具有强烈吸附能力的基团结构，对液相中的絮体形成快速多点吸附和卷扫作用，同时在合成过程中与高分子絮凝剂形成网络结合，利用高分子的吸附架桥、卷扫作用加速絮体的沉降，实现高效的固液分离。该处理剂不但具有压缩双电层而破坏胶体作用，水解形成多点吸附、卷扫及架桥作用，而且具有一定的氧化作用，能够氧化分解部分有机污染物，因此对水基钻井废液具有多功能高效的处理效果，明显优于常规无机混凝处理剂。
上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。