一種利用厭氧發(fā)酵沼渣制備水基鉆井液降濾失劑的捏合工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油田水基鉆井液用處理劑領(lǐng)域，以及厭氧發(fā)酵沼渣的高值化工利用領(lǐng) 域。具體涉及石油鉆井中使用的一種環(huán)境友好型的抗溫抗鹽降濾失劑及其制備方法和用 途。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著石油工業(yè)的發(fā)展和石油需求的不斷增長，油氣勘探開發(fā)逐漸向深部地層和海 上發(fā)展，鉆井工程的難度越來越大，日益增加的環(huán)境壓力對(duì)環(huán)保型水基鉆井液和鉆井液處 理劑的生物可降解性提出了更高要求。水基鉆井液是由水、膨潤土、無機(jī)和有機(jī)處理劑、巖 肩和一些礦物材料等組成的復(fù)雜高分子懸浮液體系，被稱為鉆井的"血液"，在油氣鉆井工 程中起著不可或缺的重要作用。
[0003] 降濾失劑作為水基鉆井液的重要處理劑之一，起控制濾失量、穩(wěn)定井壁、在滲透層 滲濾面上形成薄韌致密的泥餅等作用，能夠有效防止鉆井液中的液體向地層中滲濾引起地 層粘土礦物膨脹，以致井眼垮塌或傷害油氣儲(chǔ)層，對(duì)保證安全、快速、高效鉆井起著重要作 用。
[0004] 在鉆井液處理劑中，降濾失劑用量最大，且種類繁多，主要為天然材料或天然材料 改性產(chǎn)物和合成聚合物類。天然材料或天然材料改性產(chǎn)物包括腐植酸、纖維素、木質(zhì)素、淀 粉類及其衍生物等;合成聚合物主要以烯類單體聚合物類、合成樹脂類等為主，但受單體種 類多、聚合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜、相對(duì)分子質(zhì)量多變、價(jià)格很高等條件的限制，此類合成聚合物現(xiàn)場(chǎng) 應(yīng)用較少。工業(yè)應(yīng)用較多的降濾失劑主要是各類改性天然高分子材料。
[0005] 天然材料作為降濾失劑，價(jià)廉易得，但由于天然材料的結(jié)構(gòu)和基團(tuán)限制，在抗溫、 抗鹽性能方面不能滿足需要。利用天然產(chǎn)物中豐富的活性基團(tuán)，通過高分子化學(xué)反應(yīng)、接枝 共聚等處理，在保持材料原本性能的同時(shí)，提高了產(chǎn)物的抗溫抗鹽能力，使其在石油鉆井中 得到了廣泛應(yīng)用。經(jīng)過改性的腐植酸類降濾失劑一般抗溫性能優(yōu)越，但抗鹽性較差;改性淀 粉類與纖維素類降濾失劑，耐溫達(dá)120°C左右，同時(shí)具有良好的耐鹽性，可用于飽和鹽水與 海水中，但是改性淀粉的主要缺點(diǎn)是生物穩(wěn)定性差，改性纖維素的生物穩(wěn)定性比改性淀粉 的要稍好一些;改性木質(zhì)素一般與甲醛、苯酚、尿素、烯類單體等一起反應(yīng)以制備樹脂類降 濾失劑，由于其含有大量的親水基團(tuán)，具有良好的耐溫、耐鹽、耐鈣鎂離子等性能，但是在使 用中，此類改性樹脂存在嚴(yán)重的起泡問題，要配合消泡劑使用。
[0006] 對(duì)天然產(chǎn)物分子進(jìn)行分子修飾，通過改變基團(tuán)、側(cè)鏈結(jié)構(gòu)等手段，在保持天然產(chǎn)物 環(huán)境友好的前提下，有望獲得高性價(jià)比降濾失劑產(chǎn)品，專家們?cè)谶@方面開展了大量研究工 作。例如：
[0007] 中國專利CN101255333A提出通過在反應(yīng)中引入季銨型陽離子和交聯(lián)劑以使其淀 粉組合物達(dá)到具有陽離子淀粉、交聯(lián)淀粉和糊化淀粉的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的抗溫性，但是對(duì)于 抗鹽性卻沒有提及。中國專利CN101602938A提出的利用現(xiàn)有工藝與設(shè)備制備纖維素基降濾 失劑的方法，仍舊不能解決有機(jī)溶劑使用量大、產(chǎn)品后處理等問題。中國專利CN103396515A 提出了利用淀粉、酚類化合物、烯基酰胺、烯基磺酸為原料，油相溶液為連續(xù)相，在乳化劑、 還原底物和氫受體底物催化作用下，制備出一種淀粉接枝共聚物降濾失劑，具有良好的抗 溫、抗鹽、抗鈣能力，但該方法對(duì)原材料的要求較為嚴(yán)格，反應(yīng)過程復(fù)雜，大量烯類引入，不 利于生物降解。
[0008] 受鉆井成本控制約束，鉆井承包商要求不斷降低鉆井液處理劑的成本。為此，有許 多研究者從尋找廉價(jià)替代原料出發(fā)，開發(fā)出了以玉米秸桿、甘蔗渣、豆腐渣、淀粉渣、糠醛 渣、原短棉絨等為原料的羧甲基纖維素衍生物。但是，這些工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)原材料往往要先經(jīng)過 復(fù)雜的預(yù)處理才能用于生產(chǎn)，而其生成物羧甲基纖維素衍生物的抗溫和抗鹽性卻常常達(dá)不 至|J石油鉆井行業(yè)常用的LV-CMC(低粘羧甲基纖維素鈉)或CMS(羧甲基淀粉)的使用質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 要求，難以完全替代其用作水基鉆井液的環(huán)保型降濾失劑。如美國專利US7384892B2提出了 利用原短棉絨制備降濾失劑CM-RCL，之后可以通過非離子基團(tuán)或離子基團(tuán)進(jìn)行改性處理以 獲得其他的優(yōu)異性能，如提高抗鹽性、增加粘度、調(diào)節(jié)屈服值和凝膠強(qiáng)度等，取得了較好的 效果，但是需要對(duì)原短棉絨在惰性氣體中進(jìn)行粉碎且要保留原有的纖維素高分子特征結(jié) 構(gòu)，再加上短棉絨價(jià)錢越來越高，導(dǎo)致該方法的成本越來越高。中國專利CN101768220A提出 了一種利用落地棉制備羧甲基纖維素的方法，通過對(duì)纖維素活化、之后醚化、中和、洗滌的 過程進(jìn)行羧甲基化，該方法拓寬了生產(chǎn)羧甲基纖維素的原料，但需要對(duì)落地棉進(jìn)行提純、精 制等。中國專利CN103861570A提出了一種新型甘蔗渣吸附材料及其制備方法，其中選用的 甘蔗經(jīng)過清洗、去皮、破碎、烘干、粉碎、過篩等，得到甘蔗渣粉末，再利用蛋白酶分解甘蔗渣 中多余的蛋白質(zhì)，之后再用堿液反應(yīng)，用稀鹽酸中和，烘干之后可以利用，總之預(yù)處理?xiàng)l件 很復(fù)雜，影響了其高值化的利用?！毒?xì)化工》雜志1996年第13卷第3期發(fā)表了延安大學(xué)楊德 全等關(guān)于馬鈴薯渣羧甲基化的工藝研究，制取了取代度達(dá)到0.8的羧甲基馬鈴薯渣產(chǎn)物； 《安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)》雜志2010年38卷33期發(fā)表了蘭州大學(xué)白仲蘭等關(guān)于馬鈴薯淀粉渣制備羧 甲基纖維素和羧甲基淀粉混合物的研究，產(chǎn)品的取代度可達(dá)0.5,但是需要提前除去原料中 木質(zhì)素、半纖維、脂肪、少量蛋白等雜質(zhì)，增加了反應(yīng)成本和實(shí)際操作難度，限制了其應(yīng)用價(jià) 值。
[0009] 隨著生物質(zhì)能源的迅猛發(fā)展，大型沼氣工程厭氧發(fā)酵后的殘余物沼渣資源也越來 越豐富，目前主要是作為有機(jī)堆肥、飼料添加劑等使用，其附加值較低，并存在污染、浪費(fèi)、 安全等問題，如沼渣在作有機(jī)堆肥時(shí)造成當(dāng)?shù)赝寥栏粻I養(yǎng)化、水污染等問題，在作飼料添加 劑時(shí)對(duì)于其含有抗生素類物質(zhì)及其對(duì)人畜健康影響的問題仍需進(jìn)一步的研究。
[0010]通過本發(fā)明人銳意研究發(fā)現(xiàn)，糧基糟渣經(jīng)過厭氧發(fā)酵之后產(chǎn)生的沼渣，大部分的 糖類已經(jīng)消耗殆盡，一部分剩余木質(zhì)素、纖維素、半纖維素已呈疏離狀態(tài)，微生物作用使沼 渣小顆粒呈嚴(yán)重不規(guī)則形狀，結(jié)構(gòu)相互之間結(jié)合比較松散，結(jié)晶度降低很多，表面及內(nèi)部產(chǎn) 生了大量的空洞及裂縫，有利于化學(xué)試劑向其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的滲透，大大提高了化學(xué)反應(yīng)活性， 非常適合做化學(xué)反應(yīng)的原材料。此類優(yōu)點(diǎn)使其可以不經(jīng)過組分分離，直接以沼渣天然高分 子混合物為原料經(jīng)由不同的物理一化學(xué)工藝處理，深加工為具有較高抗溫抗鹽能力的高性 價(jià)比天然高分子降濾失劑，在解決部分環(huán)境問題的同時(shí)，也能為生物質(zhì)沼渣創(chuàng)造更高的經(jīng) 濟(jì)效益。
[0011]表1是貴州茅臺(tái)酒廠白酒酒糟經(jīng)厭氧發(fā)酵制沼氣之后的殘?jiān)闹饕瘜W(xué)成分，可 以看出，作為天然高分子混合物的沼渣，其主要成分是未及充分厭氧發(fā)酵的剩余木質(zhì)素、纖 維素、半纖維素等物質(zhì)。
[0012] 表1: 一種白酒酒糟厭氧發(fā)酵沼渣的主要組成成分(wt%)
[0013]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 針對(duì)現(xiàn)有天然高分子降濾失劑實(shí)際使用中普遍存在的抗溫抗鹽能力不足的缺陷， 本發(fā)明要解決的問題是尋找廉價(jià)的原材料，進(jìn)而開發(fā)一種合適的制備方法來合成一種環(huán)境 友好型的抗溫抗鹽降濾失劑，該降濾失劑應(yīng)該具有環(huán)境友好、降濾失性能優(yōu)越、有一定的抗 溫抗鹽能力、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，性能達(dá)到LV-CMC的標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)于CMS，應(yīng)用于淡水、鹽水及復(fù)合 鹽水鉆井液體系中。
[0015]為此，本發(fā)明是通過這樣的技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)的:針對(duì)沼渣中主要含有的纖維素、半纖 維素、木質(zhì)素進(jìn)行醚化改性，形成具有一定水溶性的天然改性高分子混合物;多糖類分散劑 混合在沼渣原料中，能夠提高反應(yīng)試劑間的接觸面積，提高醚化反應(yīng)程度;交聯(lián)劑將天然改 性