環保型抗高溫抗鹽聚合物降粘劑的合成及評價

肖灃峰

摘 要 國內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、環保性能不滿足相應國家標準要求等不足。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保耐溫抗鹽型降濾失劑。結果表明，合成的降濾失劑能具有較好的抗高溫抗鹽性，降粘率達到90%以上，生物毒性檢測LC50值>10 000mg/L，對環境無毒。該降粘劑有很好的應用前景。

關鍵詞 環保型；抗高溫；抗鹽；聚合物

中圖分類號 TE2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）163-0151-02

目前，國內市場上的聚合物降粘劑的代表有JNJ-1和XY-27等產品。這些聚合物降粘劑在各自適用的鉆井液體系中表現出了較好的性能，改善了鉆井液體系的流變性，但在現場使用過程中，也表現出了一些不足：1）對鹽水或飽和鹽水鉆井液體系卻不適用；2）耐溫性不夠理想，最高只能達到150℃，對于深井及超深井的作用降低，甚至失效；3）環保性能指標[1-4]等不滿足相應國家標準要求。

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定，對同時對鈣、鎂離子有的耐受力更好。較好地解決了降粘劑對不同鉆井液的適用性、耐溫抗鹽性及環保性等問題，在滿足鉆井工程對包被劑性能要求的同時，也滿足國家相關環保標準要求。

1 實驗藥劑、儀器與方法

1.1 實驗藥劑

陰離子鹽類單體A（磺酸鹽類，化學純），馬來酸酐，去離子水，引發劑V-50。

1.2 實驗儀器

裝配帶有熱電偶、機械攪拌、氮氣通氣管和電加熱套的1升4口燒瓶（如圖1所示）。控溫烘箱（美國阿克羅斯），30cm×40cm的鋁制淺盤（自制），調速攪拌器（美國付托），固體研磨機（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去離子水至反應釜中，在反應釜中通入氮氣。在350RPM的攪拌速度下緩慢升溫至60℃并攪拌30min以上。在反應釜中加入引發劑V-50。在60℃反應1h后升溫至70℃，繼續反應2h。冷卻至室溫。得到的液體產品無色透明有一定粘度的液體。產品含有約25%聚合物。該液體產品可進一步加工成固體粉末。將該液體產品倒入尺寸為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研磨機粉碎、研磨制成固體粉末產品。

2 結果與討論

2.1 性能評價

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%的聚合物降粘劑產品，并在180℃高溫下老化16h后，對聚合物基漿在添加降粘劑前后的流變性能進行了測定和比較。使用聚合物基漿在添加降粘劑前后的動切力數值，對使用不同濃度ML10-56時的降粘率進行了計算。具體的實驗結果如表1所示。

由表1可以看出，降粘劑在添加濃度僅為0.14%時就對聚合物基漿產生了良好的降粘效果，聚合物基漿的在不同轉速下的粘度、動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一步下降，根據動切力數值計算的降粘率可達95%以上。由這些實驗結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90%以上。

2.2 毒性評價

按照聚合物降粘劑在鉆井液中的加料量為0.3%計算，應滿足0.3%聚合物降粘劑LC50≥10？000mg/L的要求。因此，根據魚類急性毒性測試的國家標準GB_ T21814-2008并參考美國EPA的魚類急性毒性測試的推薦規范OPPTS？850.1075，與進行此類測試的專業公司Atkins合作，對ML10-56的生物毒性進行了測定。表2顯示了降粘劑的魚類急性毒性測試結果。

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

3 結論

1）研究確定了環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，反應溫度60℃～70℃，反應時間4h。

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

3）環保型降粘劑環保性評價結果表明，急性生物毒性檢測結果LC50>10？000mg/L，為無毒環保的處理劑。

參考文獻

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