专利名称：多功能钻井液处理剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种钻井液处理剂及其制备方法，处理剂含有以聚丙烯腈为原料的水解产物，这种水解产物系由加热加压水解法制取。
用作钻井液处理剂的水解聚丙烯腈类产品，是以含有聚丙烯腈的腈纶物料，如腈纶布的边角余料、化纤厂的废丝废块等为原料，采用加碱水解法，或加热加压水解法制成。主要产品有水解聚丙烯腈钾盐、水解聚丙烯腈钠盐、水解聚丙烯腈钙盐、水解聚丙烯腈铵盐及铵基水解聚丙烯腈、铝基水解聚丙烯腈等。这类产品配成的不分散低固相泥浆具有较好的护壁洗井功能，但通常功能单一，具有高效、综合性能的尚不多。这类处理剂的功能与其制备方法及使用时的配伍有关，为了提高这类处理剂的功能，人们作了许多探索，如“聚丙烯腈-聚丙烯酰胺泥浆”(《探矿工程》，1981年第3期，第53～54页，肖兴明)一文，介绍了将水解聚丙烯腈(简称HPAN)与水解聚丙烯酰胺(简称HPAM)联合处理泥浆的方法。是按粘土(茶山粘土)∶纯碱(NaCO3)∶HPAN∶HPAM＝25～35∶2～2.5∶5～6∶0.5(重量)配成泥浆使用(均匀搅拌30分钟)。其性能为粘度18～20秒、失水量6.5～11毫升/30分钟(约0.1MPa)、pH9～11。其HPAN和HPAM需分别加碱水解制成，产品浓度为1%左右。这种水解方法通常只能得到有一定抗温能力的处理剂，而抗盐、抗钙性能较差，剪切稀释作用也较差，只适合于一般复杂地层使用;使用时也不甚方便。另外“超深井不分散低固相泥浆的研究-NH4-PAN泥浆配方”(《石油钻探技术》，1983年第1期，第11～21页，李干佐等)一文，介绍了一种抗高温的泥浆处理剂-高温水解聚丙烯腈(简称NH4-PAN，也称NPAN)，是一种水解聚丙烯腈铵盐，能抗180℃的高温，但抗盐能力只能达到2%。该产品的制备是以聚丙烯腈(简称PAN，含95%丙烯腈)为原料，以叔丁基过氧化氢为引发剂，按PAN∶H2O∶引发剂＝1∶6～10∶0.005(重量比)配料，在180～200℃、15～25个大气压(约1.5～2.5MPa)、时间4～6小时的条件下制成。
本发明的目的是，通过加热加压水解法制取一种抗温、抗盐、抗钙、剪切稀释作用强、降滤失效果好的多功能钻井液处理剂。
本发明的方案是，将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(简称PAM)按其分子量高(700万以上)、中(450～700万)、低(450万以下)为15～50∶15～50∶15～50(重量比)的比例配入。加水量为500～1100份，在反应温度170～220℃，反应压力1.1～1.7MPa，反应时间5.5～6.5小时条件下，进行共同水解反应，所得产物用作泥浆处理剂的基本组份。
水解用的聚丙烯腈原料一般为含丙烯腈90%以上的各种废料;而聚丙烯酰胺选用工业产品，其配入量不宜高于聚丙烯腈的3%，否则水解时物料粘度太大，水解困难。水解时若加以搅拌，将有利于反应过程，提高产率;若加入叔丁基过氧化氢0.4～0.6份，可缩短反应时间1～2小时。
这种以聚丙烯腈和聚丙烯酰胺为原料，通过加热加压进行共同水解反应的产物(暂名水解双聚铵盐，简称HMP21)，是一种水溶性产品(水剂)，可将其经干燥后制成粉状产品(粉剂)。不论水剂或是粉剂均可直接作为通用型钻井液处理剂使用;还可作为必要组份，构成具有防塌性能的多功能钻井液处理剂，组成与制备方法如下水解双聚铵盐(以水剂中的含量计算)100份，KOH15～25份，在85～100℃、搅拌条件下反应1～3小时，制成水溶性产品(暂名水解双聚钾盐)，即可作为防塌型钻井液处理剂使用。同样也可经干燥制成粉剂。
使用时的适应条件及建议加量(g/l)如下地层 通用型 防塌型一般复杂地层 岩心钻探 0.5～2石油钻井 1～3水敏性造浆严重地层 岩心钻探 1～2 1～2石油钻井 1～3 1～3硬脆碎不稳定地层 岩心钻探 2～4 1～5石油钻井 3～10 2～10盐膏地层 岩心钻探 10～20 10～20石油钻井 10～20 10～20本发明的钻井液处理剂只需较少的加量就能产生较好的性能。例如(见表1)，加量为0.5g/l时，基浆的滤失量为22.6ml/30min可以降至12ml/30min;加量为2g/l时，可以降至8ml/30min;在加量为5g/l以前随加量增加滤失量继续降低，加量超过5g/l后，滤失量降低幅度不大，在3g/l以前，有较好的降粘度、切力作用;加量超过3g/l后，有一定的增粘、切作用;随其加量增加剪切稀释作用增强;抗盐、抗钙、抗温性能提高，加量为10～15g/l时可以抗饱和盐水、饱和石膏和400g/l的水泥，抗温性能至少可以达到180℃。
注基浆为6%仇山土+7%纯碱(粘土重)，预水化24h;※表示老化条件为180℃/16h。
水解双聚铵盐与同类处理剂如NPAN(水解聚丙烯腈铵盐)、CPAN(水解聚丙烯腈钙盐)等比较结果(见表2)说明加量相同时(3g/l)其滤失量、粘度、流变性能、剪切稀释作用等，不管在常温下还是在高温下都优于其它处理剂。特别是与水解聚丙烯腈铵盐比较，在加量为1/2时(即NPAN为6g/l，水解双聚铵盐为3g/l)其性能还优于它，其抗盐性能更为突出，NPAN抗盐性能只有2%左右，而水解双聚铵盐可抗饱和盐水。
注性能为50℃下测定;※为老化条件为150℃/16h。
实际应用表明(见表3)，与NPAN比较，提高钻井速度2.7m/h，缩短钻井周期9.6天、建井周期7.6天，泥浆成本每米少4.56元，即降低成本30%。
注井号1，2为使用HMP21泥浆;井号3，4为使用NPAN泥浆。
附图
为本发明的水解双聚铵盐的红外光谱图。
本发明在聚丙烯腈中加入含有酰胺基的聚丙烯酰胺共同进行水解反应，有利于水解反应的进行，也使得产物的官能团分布更为合理，亦即不同于其它方法制成的水解产物结构。从HMP21的红外光谱分析(见附图)，它和NPAN比较在3435.822cm-1附近有一个窄而强的吸收峰，这说明丙烯酰胺可能是
的形式存在(可以认为HMP21的这一特点是提高产品性能的主要因素)。除此之外，HMP21与NPAN相似，在红外光谱2372.202cm-1出现腈基的吸收峰，在3435.822cm-1，1658.351cm-1有两个强吸收峰，表明-NH2基及
基的存在。1556.632cm-1为亚胺化的-NH-及1400.648cm-1铵盐的吸收峰。至于羧酸基吸收峰，由于酰胺基的存在，易形成氢键同样出现在1658.351cm-1处使该吸收峰变宽。
本发明的制备方法简单，所得钻井液处理剂具有多种功能，适用范围广，而且使用方便，用量少，可大幅度降低成本，具有较高的技术经济效益。
实施例将购来的腈纶废料(一般含丙烯腈90%以上)，清除砖块，棉布、棉纱等杂物，对大块物料最好予以粉碎，用水将废料浸泡24小时后，换水4～6次洗净，以除去纺丝溶剂(如硫氰酸钠)等可溶性杂质，直至用10%FeCl3水溶液检验洗涤液不变红为止。按所需配方将物料置于密封的高压反应釜中，在前述条件下进行水解反应，制成水解双聚铵盐。配制方案及效果见表4。
注基浆为6%的仇山土+7%的纯碱(粘土重);处理剂的加量为2g/l。
PAM高、PAM中、PAM低表示高、中、低分子量的聚丙烯酰胺。
将水解双聚铵盐水剂置于一般容器中，按所需配比加入KOH(工业品)，在前述条件下进行反应，制成水解双聚钾盐，配比及产品性能见表5。将水解双聚铵盐或水解双聚钾盐水剂用离心喷雾干燥器，在入口温度为350～500℃、出口温度80～100℃，进行喷雾干燥制成通用型、防塌型钻井液处理剂粉剂。
注基浆为6%的仇山土+7%的纯碱(粘土重);处理剂的加量为2g/l。
权利要求
1.一种用于钻井液处理剂的水解双聚铵盐的制备方法，是以聚丙烯腈为主要原料，其特征在于原料配比为(重量)聚丙烯腈100份，聚丙烯酰胺0.3～3份，加水500～1100份，其中聚丙烯酰胺按分子量700万以上、450～700万、450万以下为15～50∶15～50∶15～50份的比例配入；在压力容器中，在温度170～220℃，压力1.1～1.7MPa，时间5.5～6.5小时的条件下进行反应制成。
2.一种用于钻井液处理剂的水解双聚钾盐的制备方法，是以聚丙烯腈为主要原料，其特征在于1)原料配比为(重量)聚丙烯腈100份，聚丙烯酰胺0.3～3份，加水500～1100份，其中聚丙烯酰胺按分子量700万以上、450～700万、450万以下为15～50∶15～50∶15～50份的比例配入;在压力容器中，在温度170～220℃，压力1.1～1.7MPa，时间5.5～6.5小时的条件下进行反应，制成水解双聚铵盐水剂;2)然后按水解双聚铵盐(以水剂中的含量计算)100份，KOH15～25份(重量)配料，在85～100℃，搅拌条件下反应1～3小时制成。
全文摘要
一种多功能钻井液处理剂，其制备方法是，将聚丙烯腈和不同分子量的聚丙烯酰胺按100∶0.3～3(重量)配料，加热加压进行水解反应，得到水解双聚铵盐(水剂)；再加入KOH15～25(重量)加热反应，则制成水解双聚钾盐(水剂)；可将水剂喷雾干燥制成粉剂。上述产物可分别作为通用型、防塌型钻井液处理剂使用，具有加量少、滤失量低、粘度可调、剪切稀释作用强、抗盐抗钙抗温性能好等特点。
文档编号E21B21/06GK1066457SQ9210239
公开日1992年11月25日 申请日期1989年12月9日 优先权日1989年12月9日
发明者彭振斌, 曾宪芳, 陈志超, 匡镇瑞, 刘萍 申请人:中南工业大学, 祁东县第三化工厂