一种环保型钻井液吸附剂及其制备方法与应用与流程

本发明涉及油田化学钻井液处理，具体涉及一种环保型钻井液吸附剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着我国在非常规、深水、陆上“三超”等深层油气领域钻井工程的不断发展，钻井液需求量急剧增加，也使废弃钻井液无害化处理成为当前亟待解决的关键技术之一。吸附剂作为废弃钻井液的重要处理剂，具有吸附、沉降废弃钻井液中的重金属离子、高聚合有机物及其他溶于液相的有害物质的作用，从而有利于废弃钻井液最终实现无害化处理。近年来，国内外学者针对废弃钻井液无害化处理技术研发了多种不同类型的吸附剂。其中，活性炭固有的多孔结构、比表面积大等特点，使其在吸附过程中表现出吸附时间快、吸附效果好的优势，但其局限性在于非选择性吸附以及可能对环境造成一定污染。传统的聚氯化铝、聚丙烯酰胺等吸附剂水解后会产生其他金属离子或有毒单体，也无法完全满足钻井工程日益严苛的安全环保要求。

2、中国专利申请cn111777999a公开了一种钻井液用液体絮凝剂及其制备方法，该液体絮凝剂为胶乳状，可直接使用，简单便利，比粉状产品更易溶解，利用率高，大大降低了使用成本；且该液体絮凝剂中不引入丙烯酰胺单体，不存在单体残留毒性问题，因此不会对人和环境造成伤害和污染。但相对缺乏选择性吸附。

3、《β-cyclodextrin modified cationic acrylamide polymers forflocculating waste drilling fluids》研究表明，其制备的环糊精作为吸附剂时具有机械强度高、吸附时间短、对部分有机物和无机物具有包合吸附作用等优势，但也存在缺乏选择性吸附、化学稳定性不足的缺点。

4、由此可知，针对水基钻井液使用量大幅度增加而导致的废弃钻井液无害化处理领域，目前的处理剂无法完全满足需求，尙缺乏一种兼具无污染、易分解、吸附性强、化学耗氧量低的钻井液吸附剂。因此有必要开发一种新的环保型钻井液吸附剂，满足现场需求。

5、本发明提出的新型环保型废弃水基钻井液吸附剂采用威尔逊成醚反应，在环氧氯丙烷、硝酸铈铵的引发下，将鼠李糖脂、胺类强吸附基团成功接枝到β-环糊精上制备得到，可有效吸附废弃水基钻井液滤液中的有机物，降低其化学耗氧量，降低其滤液中重金属离子浓度，其作用效果优于目前常用的pam、活性炭和聚氯化铝，无毒且较易生物降解，对环境友好。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的聚丙烯酰胺、活性炭、聚氯化铝等钻井液吸附剂在处理废弃水基钻井液过程中存在非选择性吸附、产生有毒单体、易造成环境污染等问题，提供一种环保型钻井液吸附剂及其制备方法与应用，该环保型钻井液吸附剂可有效吸附废弃水基钻井液滤液中的有机物，降低其化学耗氧量，降低其滤液中重金属离子浓度，其作用效果优于目前常用的钻井液吸附剂，无毒且较易生物降解，对环境友好。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种环保型钻井液吸附剂，所述环保型钻井液吸附剂为式i所示结构的β-环糊精系化合物，

3、

4、其中，r为含亚胺类结构聚合物分子链。

5、优选地，所述含亚胺类结构聚合物分子链中，含亚胺类结构聚合物为聚乙烯亚胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯酰亚胺和聚氨酯酰亚胺中的一种或两种以上。

6、优选地，所述环保型钻井液吸附剂的初始分解温度为140～205℃。

7、更优选地，所述环保型钻井液吸附剂的初始分解温度为150～160℃。

8、优选地，所述环保型钻井液吸附剂的数均分子量mn为28000～32000，重均分子量mw为40000～50000；

9、更优选地，所述环保型钻井液吸附剂的数均分子量mn为30974，重均分子量mw为45424。

10、本发明第二方面提供了一种环保型钻井液吸附剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

11、(1)将鼠李糖脂、环氧氯丙烷、氧化剂和第一溶剂接触进行第一反应；

12、(2)将步骤(1)所得产物、β-环糊精和第二溶剂接触进行第二反应；

13、(3)将步骤(2)所得产物、含亚胺结构聚合物、引发剂和第三溶剂接触进行第三反应，得到式i所示结构的化合物。

14、优选地，所述鼠李糖脂、环氧氯丙烷、氧化剂、β-环糊精、含亚胺结构聚合物和引发剂的用量的重量比为4：3～4：0.5～2：1～5：0.1～6：0.01～0.5。

15、更优选地，鼠李糖脂、环氧氯丙烷、氧化剂、β-环糊精、含亚胺结构聚合物和引发剂的用量的重量比为：4：3～4：0.8～1.5：2～4：1～5：0.05～0.3。

16、优选地，在步骤(1)中，所述氧化剂为高氯酸。

17、优选地，在步骤(1)中，所述第一溶剂为甲苯、甲醇、正丁醇和二甲苯中的一种或两种以上。

18、优选地，第一溶剂与鼠李糖脂的用量的重量比为6～10：4。

19、优选地，在步骤(1)中，所述第一反应的条件包括：温度为70～90℃，更优选为75～85℃；时间为1.5～3小时，更优选为1.8～2.5小时。

20、优选地，在步骤(2)中，所述第二溶剂为碳酸钠水溶液。

21、更优选地，第二溶剂与鼠李糖脂的用量的重量比为5～8：4。

22、优选地，在步骤(2)中，所述第二反应的条件包括：温度为50～70℃，更优选为55～65℃；时间为2～4小时，更优选为2.5～3.5小时。

23、优选地，在步骤(3)中，所述含亚胺结构聚合物为聚乙烯亚胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯酰亚胺和聚氨酯酰亚胺中的一种或两种以上。

24、优选地，在步骤(3)中，所述第三引发剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和/或三乙基苯甲基氯化铵。

25、优选地，在步骤(3)中，所述第三溶剂为甲醇和/或正丁醇。

26、优选地，第三溶剂与鼠李糖脂的用量的重量比为6～10：4。

27、优选地，在步骤(3)中，所述第三反应的条件包括：温度为60～80℃，时间为8～10小时。

28、本发明第三方面提供了一种前文所述的环保型钻井液吸附剂以及前文所述方法制备的环保型钻井液吸附剂在吸附钻井液中有机物和重金属离子中的应用。

29、本发明提供的式i所示结构化合物的钻井液吸附剂兼具无污染、易降解、吸附性强、化学耗氧量低等特点，可用于现场废弃钻井液无害化处理，克服了目前常用的聚丙烯酰胺、活性炭、聚氯化铝等钻井液吸附剂在处理废弃水基钻井液过程中存在非选择性吸附、产生有毒单体、易造成环境污染等缺陷，其主要优点在于：

30、1、本发明所述钻井液吸附剂可有效吸附废弃水基钻井液滤液中的有机物，降低其化学耗氧量，降低其滤液中重金属离子浓度；

31、2、本发明所述钻井液吸附剂无毒且较易生物降解，对环境友好；

32、3、本发明所述钻井液吸附剂初始分解温度低，其初始热分解温度优选为140～205℃，适用范围广泛。

技术特征：

1.一种环保型钻井液吸附剂，其特征在于，所述环保型钻井液吸附剂为式i所示结构化合物，

2.根据权利要求1所述环保型钻井液吸附剂，其特征在于，所述含亚胺类结构聚合物分子链中，含亚胺类结构聚合物为聚乙烯亚胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯酰亚胺和聚氨酯酰亚胺中的一种或两种以上。

3.根据权利要求1或2所述的环保型钻井液吸附剂，其特征在于，所述环保型钻井液吸附剂的初始分解温度为140～205℃；

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的环保型钻井液吸附剂，其特征在于，所述环保型钻井液吸附剂的数均分子量mn为28000～32000，重均分子量mw为40000～50000；

5.一种环保型钻井液吸附剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，鼠李糖脂、环氧氯丙烷、氧化剂、β-环糊精、含亚胺结构聚合物和引发剂的用量的重量比为4：3～4：0.5～2：1～5：0.1～6：0.01～0.5；

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述氧化剂为高氯酸。

8.根据权利要求5-7中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述第一溶剂为甲苯、甲醇、正丁醇和二甲苯中的一种或两种以上；

9.根据权利要求5-8中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述第一反应的条件包括：温度为70～90℃，优选为75～85℃；时间为1.5～3小时，优选为1.8～2.5小时。

10.根据权利要求5-9中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述第二溶剂为碳酸钠水溶液；

11.根据权利要求5-10中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述第二反应的条件包括：温度为50～70℃，优选为55～65℃；时间为2～4小时，优选为2.5～3.5小时。

12.根据权利要求5-11中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述含亚胺结构聚合物为聚乙烯亚胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯酰亚胺和聚氨酯酰亚胺中的一种或两种以上；

13.根据权利要求5-12中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述第三溶剂为甲醇和/或正丁醇；

14.根据权利要求5-13中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述第三反应的条件包括：温度为60～80℃，时间为8～10小时。

15.权利要求1-4中任意一项所述环保型钻井液吸附剂以及权利要求5-14中任意一项所述方法制备的环保型钻井液吸附剂在吸附钻井液中有机物和重金属离子中的应用。

技术总结
本发明涉及油田化学钻井液处理技术领域，公开了一种环保型钻井液吸附剂及其制备方法与应用。所述环保型钻井液吸附剂为式I所示结构的β‑环糊精系化合物，其中，R为含亚胺类结构聚合物分子链。该环保型钻井液吸附剂可有效吸附废弃水基钻井液滤液中的有机物，降低其化学耗氧量，降低其滤液中重金属离子浓度，其作用效果优于目前常用的钻井液吸附剂，无毒且较易生物降解，对环境友好。

技术研发人员：高凯歌,刘铭刚,王雪,陈勇,卢书彤,靳彦欣,夏晞冉,林雨
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17