利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法

2023-09-16 15:29:15

利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法。該方法所用原料組成為：廢舊聚苯乙烯泡沫20～35%，溶劑50～70%，磺化劑5～25%；將廢舊聚苯乙烯泡沫粉碎溶於溶劑中，用SO3或濃硫酸磺化劑對廢舊聚苯乙烯泡沫進行磺化、中和、蒸除溶劑，乾燥後製得。本發明製得的產品抗溫抗鹽性降濾失性能優於目前廣泛使用的磺化酚醛樹脂，同時是一種消除白色汙染的有益方法。
【專利說明】利用廢舊聚苯乙烯泡沬製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，屬於鑽井液添加劑製備的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]降濾失劑是用以保證鑽井液性能穩定，減少有害液體向地層濾失，以及穩定井壁、保證井徑規則的重要鑽井液處理劑。降濾失劑的種類繁多，主要有天然產物(如纖維素類、木質素類、澱粉類、褐煤類)和人工合成高分子類(如酚醛樹脂類，水解聚丙烯腈類以及多元共聚物類)。天然產物類雖然來源廣泛、成本低，但通常需要通過改性達到使用要求，並且多數產品具有耐溫性欠缺，易黴變的缺點。人工合成高分子類產品可以根據具體鑽探要求，通過改變分子基團種類、分子結構和分子量來設計產品，但通常成本高，加工工藝較複雜，在一定程度上制約了其應用範圍。廢舊高分子聚合物的改性既可以保持高分子聚合物類降濾失劑的抗溫抗鹽特點，又可以克服成本高，加工工藝複雜的缺點，因而在鑽井行業的應用具有巨大潛力。聚丙烯腈水解改性產物是應用最成功的例子之一，其銨鹽和鈉鹽改性產物目前還在油田鑽探過程中廣泛使用，由於其分子結構特點抗溫性能有所欠缺，一般在180°C以下使用，不適於深井作業。
[0003]聚苯乙烯泡沫由於使用方便、價格低廉，被廣泛的由於包裝和保溫材料，但其廢棄物在自然環境下難以降解，是造成白色汙染的主要「元兇」之一。有效利用廢舊聚苯乙烯泡沫，減少「白色汙染」成為亟待解決的問題。
[0004]目前，利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫、抗鹽性能優異的降濾失劑，未見報導。

【發明內容】

[0005]針對現有技術的不足，本發明提供一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法。
[0006]本發明的技術方案如下:
[0007]—種利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，所用原料質量百分比組成為:
[0008]廢舊聚苯乙烯泡沫20~35%，溶劑50~70%，磺化劑5~25% ;所述的溶劑為甲乙酮或甲乙酮水溶液，所述的磺化劑為三氧化硫(SO3)或90~98wt%的濃硫酸；
[0009]製備步驟如下:
[0010](I)將廢舊聚苯乙烯泡沫粉碎成5~IOmm的顆粒；
[0011](2)按比例取溶劑、磺化劑加到步驟(1)的廢舊聚苯乙烯泡沫中，加熱升溫至40~120°C進行反應I~3h，降溫至室溫，得廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料；
[0012](3)將步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料，調節pH為8~10 ;
[0013](4)將步驟(3)調節pH後的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料在70~90°C，真空度為-0.4~-0.6kPa下蒸除溶劑，於95~110°C乾燥，粉碎至40~60目，即得產品。[0014]根據本發明，優選的，所述的步驟(2)中溶劑的質量百分含量為55~65%，更優選60%。
[0015]根據本發明，優選的，步驟(2)所述的甲乙酮水溶液中甲乙酮和水的質量比為40:0.5~5 ;進一步優選所述的甲乙酮水溶液中甲乙酮和水的質量比為40:0.5~1.5，更優選40:1。
[0016]根據本發明，優選的，所述的步驟(2)中，當磺化劑為三氧化硫時，磺化劑的質量百分含量為5~15%，更優選10% ;當磺化劑為90~98wt%的濃硫酸時，磺化劑的質量百分含量為15~20%，更優選17%。
[0017]根據本發明，優選的，所述的步驟(2)中，當磺化劑為三氧化硫時，反應溫度為40~60°C ;當磺化劑為90~98wt%的濃硫酸時，反應溫度為90~100°C。
[0018]根據本發明，優選的，所述的步驟(3)中所述調節pH值是NaOH水溶液，進一步優選用濃度為20wt%的NaOH水溶液。[0019]根據本發明，優選的，所述的步驟(4)中蒸除溶劑的蒸餾時間I~2h。
[0020]根據本發明，優選的，所述的步驟(4)中蒸除溶劑的蒸餾溫度為85°C，真空度為-0.5kPa。
[0021]根據本發明，優選的，所述的步驟(4)中乾燥溫度為105°C，乾燥時間8~10h。
[0022]聚苯乙烯泡沫是由苯乙烯聚合而成，每個結構單元中都含有一個苯環，是一種難溶於水的高聚物，但結構單元中的苯環具有相當的化學活性，通過一定的化學改性能夠改變其在水中的溶解程度。磺酸基的水化能力非常強，通過對聚苯乙烯中易於磺化的苯環進行磺化處理，能夠大幅度提高聚苯乙烯在水中的溶解度，同時磺酸基多處於苯環的對位，在水溶液中易於高分子化合物的伸展，在泥漿體系中能夠形成空間網格結構，有效起到降濾失的作用，另外，聚苯乙烯是以碳鏈相接，側基為苯環，分子剛性大，使得其改性產物在泥漿體系中具有優異的抗溫性能。
[0023]本發明製備的降濾失劑可在鹽水泥漿中使用，抗溫抗鹽性能優良。
[0024]本發明的有益效果:
[0025]1、本發明利用聚苯乙烯泡沫進行改性製備鑽井液用的降濾失劑，一方面製備的降濾失劑抗溫、抗鹽性能優異；另一方面也是消除「白色汙染」，變廢為寶的有益方法。
[0026]2、本發明製備過程主要包括反應、中和、蒸餾、乾燥和粉碎；工藝步驟相比人工合成高分子聚合物要簡單和易於操作，而且環保。
[0027]3、本發明充分利用了廢舊聚苯乙烯泡沫作為原料，生產成本低廉。
【具體實施方式】
[0028]下面通過具體實施例對本發明做進一步說明，但不限於此。
[0029]實施例中的廢舊聚苯乙烯泡沫(聚苯乙烯質量含量> 95% )為市購,所用的其他試劑也均為常規市購產品。
[0030]實驗例中的API濾失量和HTHP濾失量的測定均按照現有技術進行，具體方法如下:
[0031]基眾配置:在24±3°C下向盛有350mL蒸懼水的高速攪拌杯中加入0.56g無水碳酸鈉、14g評價土和14g鑽井液試驗用鈉土，用高速攪拌器攪拌20min。期間中斷兩次，刮下容器壁上的粘附物，在24 ±3 °C密閉養護24h，即配製成基漿。
[0032]評價方法:向盛有基漿的高速攪拌杯中加入磺化褐煤17.5g，高速攪拌15min。加入試樣17.5g,高速攪拌15min,加入氯化鈉52.5g,高速攪拌15min,最後加入無水碳酸鈉
8.75g，高速攪拌15min。每加入一種藥品在高速攪拌過程中應中斷兩次，刮下粘附在容器壁上的粘附物，以上每種藥品均應在攪拌過程中於I min之內勻速加完。將配製的試驗漿裝入老化罐，放入滾子爐中於210°C ±5°C恆溫滾動老化16h。取出冷卻至室溫，倒出試驗漿高速攪拌5min，按GB/T16783—1997測試API濾失量，以及在溫度150°C、壓力3.45MPa條件下的高溫高壓(HTHP)濾失量。
[0033]實施例1
[0034]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟如下:
[0035](1)將50g粉碎至5mm的廢舊聚苯乙烯泡沫加入到反應瓶中；
[0036](2)將150ml甲乙酮液體倒入上述反應瓶內，攪拌溶解後，升溫至40°C;通入SO3氣體(40ml/min) 120min,之後停止通氣，降至室溫,得廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料；
[0037](3)用20wt%的NaOH溶液調節步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=9 ；
[0038](4)將步驟(3)中的溶液移入減壓蒸餾裝置，在85°C，真空度為-0.5kPa下蒸餾Ih ；得到的蒸除溶劑的產物於105°C烘乾10h，粉碎至40目，即得產物。
[0039]實施例2
[0040]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟如下:
[0041](1)將50g粉碎至5mm的聚苯乙烯泡沫廢料加入到反應瓶中；
[0042](2)將150ml甲乙酮水溶液(甲乙酮:水質量比為40:1)倒入上述反應瓶內，攪拌溶解後，升溫至40°C ;向上述溶液中通入SO3氣體(40ml/min) 120min，之後停止通氣，降至室溫，得廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料；
[0043](3)用20wt%的NaOH溶液調節步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=8 ；
[0044](4)將步驟(3)中的溶液移入減壓蒸餾裝置，在85°C，真空度為-0.5kPa下蒸餾Ih ；得到的蒸除溶劑的產物於105°C烘乾10h，粉碎至60目，即得產物。
[0045]實施例3
[0046]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟同實施例1，不同的是步驟(2)中通入SO3氣體時間為80min ;步驟(3)中調節步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=8。
[0047]實施例4
[0048]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟同實施例1，不同的是步驟(2)中通入SO3氣體時間為160min。
[0049]實施例5
[0050]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟如下:
[0051](1)將50g粉碎至IOmm的聚苯乙烯泡沫廢料加入到耐壓反應瓶中；
[0052](2)將150ml甲乙酮液體倒入上述反應瓶內，攪拌溶解；滴入98wt%濃硫酸25g，升溫至90°C，反應1.5小時，降至室溫，得廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料；[0053](3)用20wt%的NaOH溶液調節步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=9 ；
[0054](4)將步驟(3)中的溶液移入減壓蒸餾裝置，在85°C，真空度為-0.5kPa下蒸餾Ih ；得到的蒸除溶劑的產物於105°C烘乾10h，粉碎至50目，即得產物。
[0055]實施例6
[0056]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟同實施例5，不同的是步驟(2)反應溫度為100°C步驟；步驟(3)中用20wt%的NaOH溶液調節步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=8.5。
[0057]實施例7
[0058]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟同實施例5，不同的是步驟(2)反應溫度為120°C步驟；步驟(3)中用20wt%的NaOH溶液調節步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=8。
[0059]實施例8
[0060]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟如下:
[0061](I)將50g粉碎至5_的聚苯乙烯泡沫廢料加入到耐壓反應瓶中；
[0062](2)將150ml甲乙酮液體倒入上述反應瓶內，攪拌溶解後；滴入98wt%濃硫酸35g，升溫至90°C，反應1.5小時，降至室溫，得廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料；
[0063](3)用20wt%的NaOH溶液調節步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=9 ；
[0064](4)將步驟(3)中的溶液移入減壓蒸餾裝置，在85°C，真空度為-0.5kPa下蒸餾Ih ；得到的蒸除溶劑的產物於105°C烘乾10h，粉碎至40目，即得產物。
[0065]實施例9
[0066]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟同實施例8，不同的是步驟(2)反應溫度為100°C ;步驟(3)中用20wt%的NaOH溶液調節步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=8.5。
[0067]實施例10
[0068]一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，步驟同實施例8，不同的是步驟(2)反應溫度為120°C ;步驟(3)中用20wt%的NaOH溶液調節步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料的pH=8。
[0069]對比例
[0070]選用工業上普遍使用的人工合成高分子抗溫抗鹽降濾失劑磺化酚醛樹脂，進行對t匕，購自勝利油田海勝鑽井泥漿製劑有限責任公司。
[0071]實驗例濾失性能評價
[0072]將實施例1~10、對比例製備的利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑進行濾失性能評價，結果如表1所示。
[0073]表1
[0074]
【權利要求】
1.一種利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，所用原料質量百分比組成為: 廢舊聚苯乙烯泡沫20~35%，溶劑50~70%，磺化劑5~25% ;所述的溶劑為甲乙酮或甲乙酮水溶液，所述的磺化劑為三氧化硫(SO3)或90~98wt%的濃硫酸； 製備步驟如下: (1)將廢舊聚苯乙烯泡沫粉碎成5~10mm的顆粒； (2)按比例取溶劑、磺化劑加到步驟(1)的廢舊聚苯乙烯泡沫中，加熱升溫至40~120°C進行反應1~3h，降溫至室溫，得廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料； (3)將步驟(2)得到的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料，調節pH為8~10; (4)將步驟(3)調節pH後的廢舊聚苯乙烯泡沫改性混合料在70~90°C，真空度為-0.4~-0.6kPa下蒸除溶劑，於95~110°C乾燥，粉碎至40~60目，即得產品。
2.根據權利要求1所述的利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，其特徵在於，所述的步驟(2)中溶劑的質量百分含量為55~65%。
3.根據權利要求1所述的利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，其特徵在於，步驟(2)所述的甲乙酮水溶液中甲乙酮和水的質量比為40:0.5~5。
4.根據權利要求1所述的利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，其特徵在於，所述的步驟(2)中，當磺化劑為三氧化硫時，磺化劑的質量百分含量為5~15% ;當磺化劑為90~98wt%的濃硫酸時，磺化劑的質量百分含量為15~20%。
5.根據權利要求1所述的利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，其特徵在於，所述的步驟(2)中，當磺化劑為三氧化硫時，反應溫度為40~60°C ;當磺化劑為90~98wt%的濃硫酸時，反應溫度為90~100°C。
6.根據權利要求1所述的利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，其特徵在於，所述的步驟(3)中所述調節pH值是NaOH水溶液，進一步優選用濃度為20wt%的NaOH水溶液。
7.根據權利要求1所述的利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，其特徵在於，所述的步驟(4)中蒸除溶劑的蒸餾時間1~2h。
8.根據權利要求1所述的利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，其特徵在於，所述的步驟(4)中蒸除溶劑的蒸餾溫度為85°C，真空度為-0.5kPa。
9.根據權利要求1所述的利用廢舊聚苯乙烯泡沫製備抗溫抗鹽降濾失劑的方法，其特徵在於，所述的步驟(4)中乾燥溫度為105°C，乾燥時間8~10h。
【文檔編號】C09K8/035GK103788263SQ201410057183
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月20日 優先權日:2014年2月20日
【發明者】張文鬱, 申煥, 王琳琳 申請人:齊魯工業大學