一种水基泥浆钻屑复合破胶剂及其使用方法与流程

1.本发明属于石油和天然气钻井废弃物破胶技术领域，涉及一种水基泥浆钻屑复合破胶剂及其使用方法。


背景技术：

2.水基钻井废弃物是石油和天然气在钻井过程中产生的废弃物，最常见、最大量、也是最亟待处理的主要是钻井废弃泥浆和钻屑，据统计，我国每年产生总量达2500～3200万m3左右。此两类废弃物的特点是成分复杂、外观成粘稠或半流体、色度大、级配差、粘度大、液相物含量高且自然干结过程极其缓慢，干结物遇水浸湿后易再度形成钻井废泥浆样物，对排放点及附近地带的环境会产生长期的不良影响。这些废弃物中含有大量的化学助剂(盐类、各种聚合物、表面活性剂、有机处理剂及碱类物质等)、污水、重金属(如汞、铜、砷、铬、锌、铅及重晶石中的杂质)等有害物质，如果对其不进行安全的无害化处理或处理不当，会对其周边的土壤、植被、地表水和地下水造成严重的污染，尤其是其中的重金属及其化合物，可以长期积累于水环境或生物中，给人类生活带来极大的危害，势必要对生态环境造成持续的、甚至是不可挽回的严重破坏。
3.在石油钻探过程中，钻井废弃泥浆的后续处理，是我们目前面临的一个常见问题。钻井泥浆是钻井生产中的血液，但是完钻过程中和完井后的废弃泥浆需要要妥善处理，做到清洁化。在处理中需要添加化工药剂，进行有效反应，一般以破胶为主，形成固液分离、再通过压滤机使泥浆中的自由水从岩屑中分离出来。
4.目前市场上破胶剂有几种主流产品：1.絮凝剂-硫酸铝；2.pac-聚合氯化铝；3.高分子-液体高凝解胶剂，在使用过程中前两种破胶剂基本能满足生产要求，但是存在价格高，压滤水酸性，在后期重复利用上不达标。高分子高凝解胶剂有着广普性强，成本低廉，不伤手，压滤水可以重复利用的优势，但是目前市场上的高分子高凝解胶剂出水率不高，破胶效果不突出。
5.因此，如何研发一种出水率高、破胶效果突出的水基泥浆钻屑复合破胶剂及其使用方法是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种水基泥浆钻屑复合破胶剂及其使用方法。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种水基泥浆钻屑复合破胶剂，包括下述质量份的原料：共聚物30-60份，硫酸铝1-5份，聚合硅酸铝铁10-30份，聚合氯化铝1-10份，氯化钙1-5份，氢氧化钠0.1-5份，氧化钙5-25份；
9.上述共聚物由下述质量份的原料制得：水200-300份，甲基丙烯酰胺12.5-20.8份，3-环己基丙酸8.2-10.7份，羟甲基纤维素3.5-6.5份，edta 0.2-6.5份，过硫酸钾0.1-0.15份，亚硫酸氢钠0.15-0.2份。
10.进一步，上述共聚物的制备方法包括以下步骤：
11.(1)按照上述质量份称取各原料；
12.(2)向水中边搅拌边加入甲基丙烯酰胺，搅拌至甲基丙烯酰胺全部溶解；
13.(3)继续搅拌边搅拌边加入3-环己基丙酸，搅拌至3-环己基丙酸全部溶解；
14.(4)继续搅拌边搅拌边加入羟甲基纤维素，搅拌至羟甲基纤维素全部溶解；
15.(5)继续搅拌边搅拌边加入edta，edta加入完成后间隔1分钟加入过硫酸钾和亚硫酸氢钠，得到混合物；
16.(6)将混合物升温反应，得到上述共聚物。
17.进一步，步骤(6)中，上述升温至60-80℃，反应时间为2-6小时。
18.本发明还提供一种水基泥浆钻屑复合破胶剂的使用方法，包括以下步骤：
19.1)按照上述质量份称取各原料；
20.2)将共聚物、硫酸铝、聚合硅酸铝铁、聚合氯化铝、氯化钙和氢氧化钠混合后加入水基泥浆钻屑中搅拌；
21.3)加入氧化钙后继续搅拌至破胶完成。
22.进一步，步骤2)中，上述搅拌转速为600-1400转/分钟，搅拌时间为10-40min。
23.进一步，步骤3)中，上述搅拌转速为600-1400转/分钟。
24.本发明的有益效果是：本发明复合破胶剂适合钻井污泥，由于污泥的胶体颗粒很小，与其体积相比表面积很大，由于表面张力的作用吸附的水分也就很多。胶体颗粒带有相同性质的电荷，相互排斥，妨碍颗粒的聚集、长大，而保持稳定状态，因而表面吸附水。用普通的浓缩或脱水方法去除比较困难。只有加入能起混凝、絮凝、破胶于一体作用的电解质与共聚体，使胶体颗粒的电荷得到中和后，颗粒呈不稳定状态，黏附在一起，最后沉降下来。颗粒增大后其比表面积减小，表面张力随之降低，表面吸附水也随之从胶体颗粒上脱离。
25.本发明复合破胶剂以化学络合与凝结为合成理论基础，采用共聚和阳离子化的方法，研制了兼有破胶、脱色和cod去除的高效脱色破胶剂。打破废水基钻井液电荷平衡，压缩双电子层，破坏钻井液的胶体稳定性，并通过化学络合和絮凝包裹作用，形成类似“蜘蛛网”结构，将废弃钻井液中的小颗粒物凝结为较大絮凝，并快速沉降和与游离水分离。广谱性强，泥浆适应性强，可用于常规废弃水基钻井液、废弃聚磺钻井液、废弃抗高温盐水防塌钻井液等多种废弃钻井液破胶和固液分离处理。与泥浆混合后反生一系列的化学和物理反应，破坏泥浆的胶体悬浮体体系，出水率高，出水可达60％以上，破胶效果突出。材料接近中性无腐蚀，环保性突出，大大减少了对压滤机的腐蚀，符合现行环保政策。
附图说明
26.图1为向高cod和高色度废液中加入实施例3复合破胶剂色度下降对比图，其中(a)为复合破胶剂投加量为500ppm；(b)为复合破胶剂投加量为750ppm；(c)为复合破胶剂投加量为1000ppm。
具体实施方式
27.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通
技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.实施例1
29.共聚物的制备方法包括以下步骤：
30.(1)称取水200kg，甲基丙烯酰胺12.5kg，3-环己基丙酸8.2kg，羟甲基纤维素3.5kg，edta 0.2kg，过硫酸钾0.1kg，亚硫酸氢钠0.15kg；
31.(2)向水中边搅拌边加入甲基丙烯酰胺，搅拌至甲基丙烯酰胺全部溶解；
32.(3)继续搅拌边搅拌边加入3-环己基丙酸，搅拌至3-环己基丙酸全部溶解；
33.(4)继续搅拌边搅拌边加入羟甲基纤维素，搅拌至羟甲基纤维素全部溶解；
34.(5)继续搅拌边搅拌边加入edta，edta加入完成后间隔1分钟加入过硫酸钾和亚硫酸氢钠，得到混合物；
35.(6)将混合物升温至60℃反应2小时，得到共聚物。
36.水基泥浆钻屑复合破胶剂的使用方法，包括以下步骤：
37.1)称取共聚物30kg，硫酸铝1kg，聚合硅酸铝铁10kg，聚合氯化铝1kg，氯化钙1kg，氢氧化钠0.1kg，氧化钙5kg；
38.2)将共聚物、硫酸铝、聚合硅酸铝铁、聚合氯化铝、氯化钙和氢氧化钠混合后加入水基泥浆钻屑中搅拌，搅拌转速为600转/分钟，搅拌时间为10min；
39.3)加入氧化钙后继续搅拌至破胶完成，搅拌转速为600转/分钟。
40.实施例2
41.共聚物的制备方法包括以下步骤：
42.(1)称取水300kg，甲基丙烯酰胺20.8kg，3-环己基丙酸10.7kg，羟甲基纤维素6.5kg，edta 6.5kg，过硫酸钾0.15kg，亚硫酸氢钠0.2kg；
43.(2)向水中边搅拌边加入甲基丙烯酰胺，搅拌至甲基丙烯酰胺全部溶解；
44.(3)继续搅拌边搅拌边加入3-环己基丙酸，搅拌至3-环己基丙酸全部溶解；
45.(4)继续搅拌边搅拌边加入羟甲基纤维素，搅拌至羟甲基纤维素全部溶解；
46.(5)继续搅拌边搅拌边加入edta，edta加入完成后间隔1分钟加入过硫酸钾和亚硫酸氢钠，得到混合物；
47.(6)将混合物升温至80℃反应6小时，得到共聚物。
48.水基泥浆钻屑复合破胶剂的使用方法，包括以下步骤：
49.1)称取共聚物60kg，硫酸铝5kg，聚合硅酸铝铁30kg，聚合氯化铝10kg，氯化钙5kg，氢氧化钠5kg，氧化钙25kg；
50.2)将共聚物、硫酸铝、聚合硅酸铝铁、聚合氯化铝、氯化钙和氢氧化钠混合后加入水基泥浆钻屑中搅拌，搅拌转速为1400转/分钟，搅拌时间为40min；
51.3)加入氧化钙后继续搅拌至破胶完成，搅拌转速为1400转/分钟。
52.实施例3
53.共聚物的制备方法包括以下步骤：
54.(1)称取水250kg，甲基丙烯酰胺17kg，3-环己基丙酸9kg，羟甲基纤维素5kg，edta 3kg，过硫酸钾0.12kg，亚硫酸氢钠0.17kg；
55.(2)向水中边搅拌边加入甲基丙烯酰胺，搅拌至甲基丙烯酰胺全部溶解；
56.(3)继续搅拌边搅拌边加入3-环己基丙酸，搅拌至3-环己基丙酸全部溶解；
57.(4)继续搅拌边搅拌边加入羟甲基纤维素，搅拌至羟甲基纤维素全部溶解；
58.(5)继续搅拌边搅拌边加入edta，edta加入完成后间隔1分钟加入过硫酸钾和亚硫酸氢钠，得到混合物；
59.(6)将混合物升温至70℃反应4小时，得到共聚物。
60.水基泥浆钻屑复合破胶剂的使用方法，包括以下步骤：
61.1)称取共聚物40kg，硫酸铝3kg，聚合硅酸铝铁20kg，聚合氯化铝5kg，氯化钙3kg，氢氧化钠3kg，氧化钙15kg；
62.2)将共聚物、硫酸铝、聚合硅酸铝铁、聚合氯化铝、氯化钙和氢氧化钠混合后加入水基泥浆钻屑中搅拌，搅拌转速为1000转/分钟，搅拌时间为30min；
63.3)加入氧化钙后继续搅拌至破胶完成，搅拌转速为1000转/分钟。
64.效果实验
65.表1水基泥浆钻屑复合破胶剂的使用性能表
[0066][0067]
表2向高cod和高色度废液中加入实施例3复合破胶剂后的cod值与色度下降值表
[0068][0069]
本发明复合破胶剂破胶适用酸碱度在5-12，适应范围较大。
[0070]
传统絮凝剂比如聚合硫酸铁、硫酸铝、硫酸亚铁、聚合氯化铝，一般本身酸碱度都在3-5左右，为酸性体质，作用机理为水解产物对泥浆中的悬浮物的架桥吸附作用行成破胶，对泥浆中胶体物质的强烈电中和作用。
[0071]
表3不同破胶剂加入后的出水率情况对比表
[0072][0073]
对所公开的实施例的说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种水基泥浆钻屑复合破胶剂，其特征在于，包括下述质量份的原料：共聚物30-60份，硫酸铝1-5份，聚合硅酸铝铁10-30份，聚合氯化铝1-10份，氯化钙1-5份，氢氧化钠0.1-5份，氧化钙5-25份；所述共聚物由下述质量份的原料制得：水200-300份，甲基丙烯酰胺12.5-20.8份，3-环己基丙酸8.2-10.7份，羟甲基纤维素3.5-6.5份，edta 0.2-6.5份，过硫酸钾0.1-0.15份，亚硫酸氢钠0.15-0.2份。2.根据权利要求1所述一种水基泥浆钻屑复合破胶剂，其特征在于，所述共聚物的制备方法包括以下步骤：(1)按照权利要求1所述质量份称取各原料；(2)向水中边搅拌边加入甲基丙烯酰胺，搅拌至甲基丙烯酰胺全部溶解；(3)继续搅拌边搅拌边加入3-环己基丙酸，搅拌至3-环己基丙酸全部溶解；(4)继续搅拌边搅拌边加入羟甲基纤维素，搅拌至羟甲基纤维素全部溶解；(5)继续搅拌边搅拌边加入edta，edta加入完成后间隔1分钟加入过硫酸钾和亚硫酸氢钠，得到混合物；(6)将混合物升温反应，得到所述共聚物。3.根据权利要求2所述一种水基泥浆钻屑复合破胶剂，其特征在于，步骤(6)中，所述升温至60-80℃，反应时间为2-6小时。4.一种水基泥浆钻屑复合破胶剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按照权利要求1-3任一项所述质量份称取各原料；2)将共聚物、硫酸铝、聚合硅酸铝铁、聚合氯化铝、氯化钙和氢氧化钠混合后加入水基泥浆钻屑中搅拌；3)加入氧化钙后继续搅拌至破胶完成。5.根据权利要求4所述一种水基泥浆钻屑复合破胶剂的使用方法，其特征在于，步骤2)中，所述搅拌转速为600-1400转/分钟，搅拌时间为10-40min。6.根据权利要求4所述一种水基泥浆钻屑复合破胶剂的使用方法，其特征在于，步骤3)中，所述搅拌转速为600-1400转/分钟。

技术总结
本发明公开了一种水基泥浆钻屑复合破胶剂及其使用方法，属于石油和天然气钻井废弃物破胶技术领域，包括下述质量份的原料：共聚物30-60份，硫酸铝1-5份，聚合硅酸铝铁10-30份，聚合氯化铝1-10份，氯化钙1-5份，氢氧化钠0.1-5份，氧化钙5-25份；共聚物由下述质量份的原料制得：水200-300份，甲基丙烯酰胺12.5-20.8份，3-环己基丙酸8.2-10.7份，羟甲基纤维素3.5-6.5份，EDTA0.2-6.5份，过硫酸钾0.1-0.15份，亚硫酸氢钠0.15-0.2份。本发明破胶剂广谱性强，泥浆适应性强，出水率高，破胶效果突出，材料接近中性，大大减少了对压滤机的腐蚀。大大减少了对压滤机的腐蚀。大大减少了对压滤机的腐蚀。


技术研发人员：王艳岭
受保护的技术使用者：河北邦业环保科技有限公司
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/19