環(huán)保型抗高溫抗鹽聚合物降粘劑的合成及評(píng)價(jià)

肖灃峰

摘 要 國內(nèi)使用的鉆井液降粘劑存在適用性單一、耐溫抗鹽性不夠理想、環(huán)保性能不滿足相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)要求等不足。本文以馬來酸酐-磺酸鹽共聚物為主體，采用水溶液聚合制備得到了環(huán)保耐溫抗鹽型降濾失劑。結(jié)果表明，合成的降濾失劑能具有較好的抗高溫抗鹽性，降粘率達(dá)到90%以上，生物毒性檢測(cè)LC50值>10 000mg/L，對(duì)環(huán)境無毒。該降粘劑有很好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 環(huán)保型；抗高溫；抗鹽；聚合物

中圖分類號(hào) TE2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）163-0151-02

目前，國內(nèi)市場(chǎng)上的聚合物降粘劑的代表有JNJ-1和XY-27等產(chǎn)品。這些聚合物降粘劑在各自適用的鉆井液體系中表現(xiàn)出了較好的性能，改善了鉆井液體系的流變性，但在現(xiàn)場(chǎng)使用過程中，也表現(xiàn)出了一些不足：1）對(duì)鹽水或飽和鹽水鉆井液體系卻不適用；2）耐溫性不夠理想，最高只能達(dá)到150℃，對(duì)于深井及超深井的作用降低，甚至失效；3）環(huán)保性能指標(biāo)[1-4]等不滿足相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

以馬來酸酐-磺酸鹽共聚物為主體，合成的新型降粘劑在高溫下的降粘作用更為穩(wěn)定，對(duì)同時(shí)對(duì)鈣、鎂離子有的耐受力更好。較好地解決了降粘劑對(duì)不同鉆井液的適用性、耐溫抗鹽性及環(huán)保性等問題，在滿足鉆井工程對(duì)包被劑性能要求的同時(shí)，也滿足國家相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 實(shí)驗(yàn)藥劑、儀器與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)藥劑

陰離子鹽類單體A（磺酸鹽類，化學(xué)純），馬來酸酐，去離子水，引發(fā)劑V-50。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

裝配帶有熱電偶、機(jī)械攪拌、氮?dú)馔夤芎碗娂訜崽椎?升4口燒瓶（如圖1所示）?？販睾嫦洌绹⒖肆_斯），30cm×40cm的鋁制淺盤（自制），調(diào)速攪拌器（美國付托），固體研磨機(jī)（美國西斯利）。

1.3 合成方法

加入141.04g陰離子鹽類單體A，加入103.08g馬來酸酐，加入662.85g去離子水至反應(yīng)釜中，在反應(yīng)釜中通入氮?dú)狻Ｔ?50RPM的攪拌速度下緩慢升溫至60℃并攪拌30min以上。在反應(yīng)釜中加入引發(fā)劑V-50。在60℃反應(yīng)1h后升溫至70℃，繼續(xù)反應(yīng)2h。冷卻至室溫。得到的液體產(chǎn)品無色透明有一定粘度的液體。產(chǎn)品含有約25%聚合物。該液體產(chǎn)品可進(jìn)一步加工成固體粉末。將該液體產(chǎn)品倒入尺寸為30cm×40cm的鋁制淺盤中，在烘箱中99℃下過夜干燥。干燥后的聚合物固體經(jīng)研磨機(jī)粉碎、研磨制成固體粉末產(chǎn)品。

2 結(jié)果與討論

2.1 性能評(píng)價(jià)

在飽和鹽水的聚合物基漿中加入濃度分別為0.14%，0.29%，0.42%的聚合物降粘劑產(chǎn)品，并在180℃高溫下老化16h后，對(duì)聚合物基漿在添加降粘劑前后的流變性能進(jìn)行了測(cè)定和比較。使用聚合物基漿在添加降粘劑前后的動(dòng)切力數(shù)值，對(duì)使用不同濃度ML10-56時(shí)的降粘率進(jìn)行了計(jì)算。具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出，降粘劑在添加濃度僅為0.14%時(shí)就對(duì)聚合物基漿產(chǎn)生了良好的降粘效果，聚合物基漿的在不同轉(zhuǎn)速下的粘度、動(dòng)切力以及靜切力均大幅下降。隨著ML10-56的濃度的增加，聚合物基漿的粘度等流變性能進(jìn)一步下降，根據(jù)動(dòng)切力數(shù)值計(jì)算的降粘率可達(dá)95%以上。由這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出聚合物降粘劑ML10-56在聚合物基漿中的最佳添加濃度為0.3%左右，降粘率可達(dá)90%以上。

2.2 毒性評(píng)價(jià)

按照聚合物降粘劑在鉆井液中的加料量為0.3%計(jì)算，應(yīng)滿足0.3%聚合物降粘劑LC50≥10？000mg/L的要求。因此，根據(jù)魚類急性毒性測(cè)試的國家標(biāo)準(zhǔn)GB_ T21814-2008并參考美國EPA的魚類急性毒性測(cè)試的推薦規(guī)范OPPTS？850.1075，與進(jìn)行此類測(cè)試的專業(yè)公司Atkins合作，對(duì)ML10-56的生物毒性進(jìn)行了測(cè)定。表2顯示了降粘劑的魚類急性毒性測(cè)試結(jié)果。

從表2的結(jié)果可看出降粘劑對(duì)溫水及冷水魚類完全沒有出現(xiàn)死亡，生物毒性均大于10？000mg/L，滿足無毒要求。

3 結(jié)論

1）研究確定了環(huán)保型聚合物降粘劑的合成方法與合成條件，即去離子水，陰離子單體A，馬來酸酐，反應(yīng)溫度60℃～70℃，反應(yīng)時(shí)間4h。

2）環(huán)保型降粘劑在降粘率能達(dá)到90%以上，降粘效果非常好，且加量很低只需要0.3%，同時(shí)能滿足飽和鹽水聚合物鉆井液體系及180℃的高溫環(huán)境。

3）環(huán)保型降粘劑環(huán)保性評(píng)價(jià)結(jié)果表明，急性生物毒性檢測(cè)結(jié)果LC50>10？000mg/L，為無毒環(huán)保的處理劑。

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