季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂及其制备方法和使用方法与流程

1.本发明属于絮凝剂技术领域，具体涉及一种季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂及其制备方法和使用方法。


背景技术：

2.在石油开采过程中，要经过钻开油层、下套管、射孔、防砂、试油、增产措施等一系列的工程，在此过程中，通常需要加入完井液来保护储层。完井液的体系复杂，一般根据用途可分为钻开液、射孔液、酸化液、压裂液、砾石充填、封隔液、压井液和消洗液等。完井液是一种含粘土、加重材料、各种化学处理剂、污水、污油和纳米颗粒物等的多相稳定胶态悬浮体系，表现为成分复杂、化学耗氧量高、矿化度高、色度深和固相含量高，含有多种污染因子，是石油天然气勘探开发过程中对环境产生影响的主要废弃物之一，也是目前比较难处理的工业废液之一。
3.通过加入适当的絮凝剂和助凝剂可以改变废完井液体系的物理、化学性质，彻底破坏钻井液胶体体系，改变废钻井液中黏土颗粒表面性质，让更细的颗粒产生聚结，使其在机械分离条件下更容易被除去。而现有的常规絮凝剂(如：聚合氯化铝、聚合硫酸亚铁以及聚丙烯酰胺)的絮凝效率一般。因此，研发一种溶解速率快，助凝效率高的新型絮凝剂成为本领域亟需解决的难题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂及其制备方法和使用方法。
5.具体的，本发明提供的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂，结构式为：
[0006][0007]
式中，n为1000-3000的整数。
[0008]
上述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂，所述季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的重均分子量为6
×
10
6-9
×
106。
[0009]
另一方面，本发明还提供了上述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的制备方法，包括：
[0010]
(1)将聚丙烯酰胺溶于去离子水后加入氯化缩水甘油基三甲基铵，加热搅拌；
[0011]
(2)反应结束后，将反应体系倒入透析袋中；
[0012]
(3)将透析袋置于去离子水中，使未反应的氯化缩水甘油基三甲基铵析出；
[0013]
(4)冷冻干燥，得到季铵化聚丙烯酰胺。
[0014]
上述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的制备方法，聚丙烯酰胺与氯化缩水甘油基三甲基铵的质量比为(0.9～1.1)：1。
[0015]
上述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的制备方法，所述加热的温度为70-90℃。
[0016]
上述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的制备方法，所述加热的温度为80℃。
[0017]
上述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的制备方法，在透析过程中，需多次更换去离子水。
[0018]
上述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的制备方法，所述反应的时长为6-8天，所述透析的时长为10-16天。
[0019]
上述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的制备方法，所述反应的时长为7天，所述透析的时长为14天。
[0020]
又一方面，本发明还提供了所述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂或者所述的制备方法得到的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的使用方法，包括：以聚合氯化铝为絮凝剂，以季铵化聚丙烯酰胺为助凝剂，在混凝沉淀池中投加，用于海上完井液废弃物的快速处理。
[0021]
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
[0022]
(1)本发明的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂，对比聚丙烯酰胺具有溶解速率快，助凝效率高等优点；
[0023]
(2)本发明的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂，可提高聚合氯化铝对完井液的絮凝效率，具有良好的应用前景。
[0024]
(3)本发明基于聚丙烯酰胺，通过在其分子上接枝季铵盐基团，使得分子带有大量的正电荷，可极大提高絮凝的效果；
[0025]
(4)本发明通过接枝季铵盐基团使长链的聚丙烯酰胺分子带有大量的支链，增强了与完井液中悬浮的固相的架桥吸附作用，使絮团更稳定，可提高后续固液分离处理效率；
[0026]
(5)本发明所需原材料为通用工业材料，来源广泛，合成过程不需要高温高压条件和昂贵的催化剂，合成过程更加安全节能。
附图说明
[0027]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
[0028]
图1为丙烯酰胺和季铵化聚丙烯酰胺红外谱图；
[0029]
图2为季铵化聚丙烯酰胺1h-nmr谱图。
具体实施方式
[0030]
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
[0031]
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范
围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特征时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开的所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
[0032]
具体的，本发明的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂，结构式为：
[0033][0034]
式中，n为1000-3000的整数。
[0035]
本发明的季铵化聚丙烯酰胺带有大量正电荷，同时具有架桥、中和电性和吸附等作用，使得完井液中的胶体颗粒成团、絮凝，当达到一定重量而发生沉降。此外，在钻井和采油过程中，完井液中含有大量的带负电颗粒，出现电荷斥力而形成稳定的胶体，当加入带有正电荷的季铵化聚丙烯酰胺后，通过电性中和，破坏了胶体的稳定性，从而提高絮凝效率。
[0036]
优选的，本发明的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的重均分子量为6
×
10
6-9
×
106。
[0037]
又一方面，本发明还提供了一种季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的制备方法，包括：
[0038]
(1)将聚丙烯酰胺溶于去离子水后加入氯化缩水甘油基三甲基铵，加热搅拌；
[0039]
(2)反应结束后，将反应体系倒入透析袋中；
[0040]
(3)将透析袋置于去离子水中，使未反应的氯化缩水甘油基三甲基铵析出；
[0041]
(4)冷冻干燥，得到季铵化聚丙烯酰胺。
[0042]
本发明以聚丙烯酰胺(pam)、氯化缩水甘油基三甲基铵(gtmac)为原料，合成的一种新型的阳离子高分子絮凝剂季铵化聚丙烯酰胺(qpam)。合成分子的红外光谱(ft-ir)和核磁氢谱(1h-nmr)结果表明，在聚丙烯酰胺分子上成功接枝了季铵基团(见图1和图2)。
[0043]
本发明的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的制备方法，不需要高温高压条件，合成过程更加安全节能，具有原料易得、操作简单、对环境友好的优势。
[0044]
在一些优选的实施方式中，本发明的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的制备方法，包括：
[0045]
(1)将聚丙烯酰胺溶于去离子水后加入氯化缩水甘油基三甲基铵，加热搅拌。
[0046]
其中，本发明的聚丙烯酰胺(非离子型，相对分子质量1.8
×
107)购买自上海麦克林生化科技有限公司。
[0047]
其中，氯化缩水甘油基三甲基铵(gtmac)是一种阳离子化剂，通常用于淀粉改性，是常用的工业产品原材料，原材料来源广。本发明采用的氯化缩水甘油基三甲基铵(分析纯)购买自上海麦克林生化科技有限公司。
[0048]
其中，聚丙烯酰胺与氯化缩水甘油基三甲基铵的反应方程式如下：
[0049][0050]
优选的，聚丙烯酰胺与氯化缩水甘油基三甲基铵的质量比为(0.9～1.1)：1，进一步优选为1:1。
[0051]
为了促进聚丙烯酰胺与氯化缩水甘油基三甲基铵的反应，需对反应体系进行加热，加热温度为70-90℃，优选为80℃。
[0052]
其中，所述加热搅拌的时长为6-8天，优选为7天。
[0053]
(2)反应结束后，将反应体系倒入透析袋中。
[0054]
其中，本发明所使用的的透析袋的材质为纤维素，购买自默沙东(中国)有限公司。
[0055]
(3)将透析袋置于去离子水中，使未反应的氯化缩水甘油基三甲基铵析出。
[0056]
在透析过程中，需多次更换去离子水。其中，透析的时长为10-16天，优选为14天。
[0057]
(4)冷冻干燥，得到季铵化聚丙烯酰胺。
[0058]
又一方面，本发明还提供了上述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的使用方法，包括：以聚合氯化铝为絮凝剂，以季铵化聚丙烯酰胺为助凝剂，在混凝沉淀池中投加，用于海上完井液废弃物的快速处理，实现废弃物的高效固液分离。
[0059]
经实践，本发明的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂可有效提高聚合氯化铝对完井液废弃物的絮凝效率。
[0060]
实施例
[0061]
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。下列实施例中使用的原料均为常规市购获得。
[0062]
实施例1
[0063]
(1)将聚丙烯酰胺溶于去离子水，按质量比为1：1的比例加入氯化缩水甘油基三甲基铵，于80℃下加热搅拌7天。
[0064]
(2)反应结束后，将反应体系倒入透析袋中。
[0065]
(3)将透析袋置于去离子水中，使未反应的氯化缩水甘油基三甲基铵析出。在透析过程中，需多次更换去离子水。其中，透析的时长为14天。
[0066]
(4)冷冻干燥，得到季铵化聚丙烯酰胺。
[0067]
实施例2
[0068]
(1)将聚丙烯酰胺溶于去离子水，按照质量比为0.9：1加入氯化缩水甘油基三甲基铵，于75℃下加热搅拌6天。
[0069]
(2)反应结束后，将反应体系倒入透析袋中。
[0070]
(3)将透析袋置于去离子水中，使未反应的氯化缩水甘油基三甲基铵析出。在透析过程中，需多次更换去离子水。其中，透析的时长为13天。
[0071]
(4)冷冻干燥，得到季铵化聚丙烯酰胺。
[0072]
理化性能测试
[0073]
测试1
[0074]
选用聚丙烯酰胺(pam)、季铵化聚丙烯酰胺(pam-q)分别与无机絮凝剂聚合氯化铝(pac)，进行完井液絮凝试验。具体实验步骤如下：
[0075]
评价pac的投加量对絮凝的影响。取废水(海上完修井液废弃物)并分为7份，每份100ml，加入到烧杯中。编号；依次向各烧杯中加入如表1所示的不同量的无机絮凝剂聚合氯化铝(pac)，在200r/min转速下搅拌2min，静置30min。取上层清液，测量上清液浊度，计算浊度去除率。其实验结果如表1所示。
[0076]
表1聚合氯化铝pac完井液絮凝实验结果
[0077][0078]
由表1可知，初始完井液的浊度值为468ntu。加入不同量无机絮凝剂聚合氯化铝后完井液的浊度值下降，随着聚合氯化铝添加量的增加，完井液的浊度值下降。当浊度值降低到一定值后随着聚合氯化铝量增加浊度值基本保持不变，增速逐渐降低。当无机絮凝剂聚合氯化铝的添加量达到2100～2500mg/l时，浊度值最低，即13ntu，浊度去除率为97.22％。
[0079]
测试2
[0080]
评价聚合氯化铝和聚丙烯酰胺对完井液絮凝结果的影响。取废水分为5份，每份100ml，加入到烧杯中。编号；首先加入300mg/l聚丙烯酰胺，依次向各烧杯中加入如表2所示的不同量的无机絮凝剂聚合氯化铝，在1000r/min转速下搅拌2min，静置30min。取上层清液，测量上清液浊度，计算浊度去除率。其实验结果表2所示。
[0081]
表2聚合氯化铝和300mg/l聚丙烯酰胺完井液絮凝实验结果
[0082][0083]
表2为加入300mg/l聚丙烯酰胺和不同量的无机絮凝剂聚合氯化铝。结果表明，在完井液中加入300mg/l助凝剂聚丙烯酰胺后，添加聚合氯化铝后完井液的浊度快速下降，当聚合氯化铝浓度为1700mg/l时，完井液的浊度即达到了14ntu，去除率为97.01％。
[0084]
测试3
[0085]
评价聚合氯化铝和季铵化聚丙烯酰胺对完井液絮凝的影响。取废水分为5份，每份100ml，加入到烧杯中。编号；首先加入300mg/l季铵化聚丙烯酰胺，依次向各烧杯中加入如表3所示的不同量的无机絮凝剂聚合氯化铝，在1000r/min转速下搅拌2min，静置30min。取上层清液，测量上清液浊度，计算浊度去除率。其实验结果表3所示。
[0086]
表3聚合氯化铝和300mg/l季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝试验结果
[0087][0088]
表3为加入不同量的无机絮凝剂聚合氯化铝和300mg/l季铵化丙烯酰胺。结果表明，在完井液中加入300mg/l助凝剂季铵化聚丙烯酰胺后，添加聚合氯化铝后完井液的浊度急速下降，且当聚合氯化铝的投加量为900mg/l时，完井液的浊度即达到了25ntu，去除率为94.66％。絮凝效率进一步提高，对比要达到同样絮凝效果，需要添加聚合氯化铝2100mg/l；而在聚丙烯酰胺存在下，添加聚合氯化铝1300mg/l。
[0089]
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

技术特征：
1.一种季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂，其特征在于，结构式为：式中，n为1000-3000的整数。2.根据权利要求1所述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂，其特征在于，所述季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的重均分子量为6
×
10
6-9
×
106。3.权利要求1-2任一项所述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括：(1)将聚丙烯酰胺溶于去离子水后加入氯化缩水甘油基三甲基铵，加热搅拌；(2)反应结束后，将反应体系倒入透析袋中；(3)将透析袋置于去离子水中，使未反应的氯化缩水甘油基三甲基铵析出；(4)冷冻干燥，得到季铵化聚丙烯酰胺。4.根据权利要求3所述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的制备方法，其特征在于，聚丙烯酰胺与氯化缩水甘油基三甲基铵的质量比为(0.9～1.1)：1。5.根据权利要求3所述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为70-90℃。6.根据权利要求3所述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为80℃。7.根据权利要求3所述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的制备方法，其特征在于，在透析过程中，需多次更换去离子水。8.根据权利要求3所述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述反应的时长为6-8天，所述透析的时长为10-16天。9.根据权利要求3所述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述反应的时长为7天，所述透析的时长为14天。10.权利要求1-2任一项所述的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂或者权利要求3-9任一项所述的制备方法得到的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的使用方法，其特征在于，包括：以聚合氯化铝为絮凝剂，以季铵化聚丙烯酰胺为助凝剂，在混凝沉淀池中投加，用于海上完井液废弃物的快速处理。

技术总结
本发明属于絮凝剂技术领域，具体涉及一种季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂及其制备方法和使用方法。本发明的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂的制备方法，包括：(1)将聚丙烯酰胺溶于去离子水后加入氯化缩水甘油基三甲基铵，加热搅拌；(2)反应结束后，将反应体系倒入透析袋中；(3)将透析袋置于去离子水中，使未反应的氯化缩水甘油基三甲基铵析出；(4)冷冻干燥，得到季铵化聚丙烯酰胺。本发明的季铵化聚丙烯酰胺完井液絮凝剂，可提高聚合氯化铝对完井液的絮凝效率，具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。


技术研发人员：郭晓轩 严海源 管增富 向雄 雷克 王昆剑 余涵 王超群 石大磊 金容旭
受保护的技术使用者：中海油田服务股份有限公司
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/8/5