环保型抗高温抗盐聚合物降粘剂的合成及评价

2016-07-15肖沣峰

科技传播 2016年10期

肖沣峰

摘要国内使用的钻井液降粘剂存在适用性单一、耐温抗盐性不够理想、环保性能不满足相应国家标准要求等不足。本文以马来酸酐-磺酸盐共聚物为主体，采用水溶液聚合制备得到了环保耐温抗盐型降滤失剂。结果表明，合成的降滤失剂能具有较好的抗高温抗盐性，降粘率达到90%以上，生物毒性检测LC50值>10 000mg/L，对环境无毒。该降粘剂有很好的应用前景。

关键词环保型；抗高温；抗盐；聚合物

中图分类号 TE2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）163-0151-02

目前，国内市场上的聚合物降粘剂的代表有JNJ-1和XY-27等产品。这些聚合物降粘剂在各自适用的钻井液体系中表现出了较好的性能，改善了钻井液体系的流变性，但在现场使用过程中，也表现出了一些不足：1）对盐水或饱和盐水钻井液体系却不适用；2）耐温性不够理想，最高只能达到150℃，对于深井及超深井的作用降低，甚至失效；3）环保性能指标[1-4]等不满足相应国家标准要求。

以马来酸酐-磺酸盐共聚物为主体，合成的新型降粘剂在高温下的降粘作用更为稳定，对同时对钙、镁离子有的耐受力更好。较好地解决了降粘剂对不同钻井液的适用性、耐温抗盐性及环保性等问题，在满足钻井工程对包被剂性能要求的同时，也满足国家相关环保标准要求。

1 实验药剂、仪器与方法

1.1 实验药剂

阴离子盐类单体A（磺酸盐类，化学纯），马来酸酐，去离子水，引发剂V-50。

1.2 实验仪器

装配带有热电偶、机械搅拌、氮气通气管和电加热套的1升4口烧瓶（如图1所示）。控温烘箱（美国阿克罗斯），30cm×40cm的铝制浅盘（自制），调速搅拌器（美国付托），固体研磨机（美国西斯利）。

1.3 合成方法

加入141.04g阴离子盐类单体A，加入103.08g马来酸酐，加入662.85g去离子水至反应釜中，在反应釜中通入氮气。在350RPM的搅拌速度下缓慢升温至60℃并搅拌30min以上。在反应釜中加入引发剂V-50。在60℃反应1h后升温至70℃，继续反应2h。冷却至室温。得到的液体产品无色透明有一定粘度的液体。产品含有约25%聚合物。该液体产品可进一步加工成固体粉末。将该液体产品倒入尺寸为30cm×40cm的铝制浅盘中，在烘箱中99℃下过夜干燥。干燥后的聚合物固体经研磨机粉碎、研磨制成固体粉末产品。

2 结果与讨论

2.1 性能评价

在饱和盐水的聚合物基浆中加入浓度分别为0.14%，0.29%，0.42%的聚合物降粘剂产品，并在180℃高温下老化16h后，对聚合物基浆在添加降粘剂前后的流变性能进行了测定和比较。使用聚合物基浆在添加降粘剂前后的动切力数值，对使用不同浓度ML10-56时的降粘率进行了计算。具体的实验结果如表1所示。

由表1可以看出，降粘剂在添加浓度仅为0.14%时就对聚合物基浆产生了良好的降粘效果，聚合物基浆的在不同转速下的粘度、动切力以及静切力均大幅下降。随着ML10-56的浓度的增加，聚合物基浆的粘度等流变性能进一步下降，根据动切力数值计算的降粘率可达95%以上。由这些实验结果可看出聚合物降粘剂ML10-56在聚合物基浆中的最佳添加浓度为0.3%左右，降粘率可达90%以上。

2.2 毒性评价

按照聚合物降粘剂在钻井液中的加料量为0.3%计算，应满足0.3%聚合物降粘剂LC50≥10？000mg/L的要求。因此，根据鱼类急性毒性测试的国家标准GB_ T21814-2008并参考美国EPA的鱼类急性毒性测试的推荐规范OPPTS？850.1075，与进行此类测试的专业公司Atkins合作，对ML10-56的生物毒性进行了测定。表2显示了降粘剂的鱼类急性毒性测试结果。

从表2的结果可看出降粘剂对温水及冷水鱼类完全没有出现死亡，生物毒性均大于10？000mg/L，满足无毒要求。

3 结论

1）研究确定了环保型聚合物降粘剂的合成方法与合成条件，即去离子水，阴离子单体A，马来酸酐，反应温度60℃～70℃，反应时间4h。

2）环保型降粘剂在降粘率能达到90%以上，降粘效果非常好，且加量很低只需要0.3%，同时能满足饱和盐水聚合物钻井液体系及180℃的高温环境。

3）环保型降粘剂环保性评价结果表明，急性生物毒性检测结果LC50>10？000mg/L，为无毒环保的处理剂。