一种淀粉基有机硅耐高温降滤失剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种淀粉基有机硅耐高温降滤失剂及其制备方法。该降滤失剂是由淀粉、丙烯酰胺、γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及引发剂在水中反应生成的共聚物；其中，所述丙烯酰胺、γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及引发剂的用量分别为淀粉质量的100～250％、30～50％和0.8～1.2％；在反应时，体系的pH＝3.5～4.5，参加反应的各固体物料质量的总和在体系中的质量分数为15～25％，反应温度≤55℃，反应时间≥3h。按本发明专利技术所述降滤失剂接枝率高，具有良好降滤失及抗温性能，其中抗温可达180℃。

Starch based organosilicon high temperature resistant filtrate reducer and preparation method thereof

The invention discloses a starch based organosilicon high temperature resistant filtrate reducer and a preparation method thereof. The filtrate reducer is a copolymer formed by the reaction of starch, acrylamide, gamma-methacryloxypropyl trimethoxysilane and initiator in water. Among them, the dosage of acrylamide, gamma-methacryloxypropyl trimethoxysilane and initiator are 100-250% and 30-50% of the starch mass, respectively. And 0.8-1.2%. In the reaction, the pH of the system is 3.5-4.5, the total mass fraction of the solid materials participating in the reaction is 15-25%, the reaction temperature is less than 55%, and the reaction time is more than 3 hours. According to the invention, the filter loss reducer has high grafting rate, good filter loss reduction and temperature resistance, in which the temperature resistance can reach 180 C.

【技术实现步骤摘要】
一种淀粉基有机硅耐高温降滤失剂及其制备方法
本专利技术涉及一种钻井液用降滤失剂，具体涉及一种淀粉基有机硅耐高温降滤失剂及其制备方法。
技术介绍
淀粉是一种来源广泛、价格低廉、可再生及可降解的生物质资源。淀粉经改性后可用作油田钻井液降滤失剂，常用的改性方法有醚化、交联、接枝等。接枝共聚淀粉是单体在引发剂作用下经共价键接枝到淀粉分子上所形成的，既有淀粉类物质的抗盐性，又有一定的抗温性，是目前淀粉类降滤失剂的研究热点。目前，国内的研究人员用丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、丙烯腈(AN)、丙磺酸(AMPS)等单体与淀粉接枝共聚形成烯基类多元淀粉接枝共聚物降滤失剂，具有一定的降滤失、抗温、抗盐和抗钙污染能力，但总体来看此类接枝淀粉的抗温性能不够理想。已有的抗温性能较为理想的改性淀粉降滤失剂，如王德龙等(王德龙,汪建明,宋自家,等.无机硅改性羧甲基淀粉钠降滤失剂的研制及其性能[J].石油化工,2010,39(4):441-443.)在合成羧甲基淀粉钠的过程中引入水溶性的硅酸钠，合成了无机硅改性淀粉降滤失剂，其抗温性能良好；解金库等(解金库,赵鑫,盛金春,等.抗高温淀粉降滤失剂的合成及其性能[J].石油化工,2012,41(12):1389-1393.)以六甲基二硅氮烷、苯基有机胺、羧甲基淀粉、3-氯-2-羟丙基磺酸钠等为主要原料，制备出能抗160℃高温的降滤失剂。然而这些硅改性淀粉存在合成工艺比较复杂、改性程度较低等不足。有机硅单体及其聚合物具有低表面张力、低玻璃化温度、良好的渗透率及耐温性能好等优点，可以利用接枝共聚的方法合成有机硅类高聚物降滤失剂。由于含有C＝C键的有机硅单体在水相条件下容易发生烷氧基的水解-缩合反应，使单体与淀粉间的接枝共聚难以进行。为了避免水解-缩合副反应的发生，已有的研究大多采用在有机溶剂中进行有机硅接枝共聚反应，如罗霄等(罗霄,蒲晓林,都伟超,等.抗温耐盐有机硅降滤失剂制备与性能研究[J].化工新型材料,2017,45(8):138-140.)在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，以N,N-二甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和N-乙烯基吡咯烷酮为反应单体，以偶氮二异丁腈为引发剂，通过自由基共聚反应，合成了具有良好降滤失及抗温性能的有机硅共聚物降滤失剂。然而，该方法中有机溶剂的使用一方面不利于操作人员的身体健康，也会污染环境；另一方面导致产品的生产成本高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种环保、生产成本低且具有良好降滤失及抗温性能的淀粉基有机硅耐高温降滤失剂及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的淀粉基有机硅耐高温降滤失剂，是由淀粉、丙烯酰胺、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及引发剂在水中反应生成的共聚物；其中，所述丙烯酰胺、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及引发剂的用量分别为淀粉质量的100～250％、30～50％和0.8～1.2％；在反应时，体系的pH＝3.5～4.5，参加反应的各固体物料质量的总和在体系中的质量分数为15～25％，反应温度≤55℃，反应时间≥3h。本专利技术所述技术方案中，所述的淀粉可以是选自木薯淀粉、玉米淀粉和小麦淀粉等现有淀粉中的一种或两种以上的组合。所述的淀粉均为原淀粉。优选为木薯淀粉。所述丙烯酰胺、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及引发剂的用量均是基于淀粉(干基)的质量而言。本专利技术还提供上述淀粉基有机硅耐高温降滤失剂的制备方法，该方法主要包括制备淀粉基有机硅耐高温降滤失剂粗品的步骤，该步骤包括：取淀粉与水混合，加热糊化，得到淀粉乳液，调节淀粉乳液的温度低于或等于或稍高于反应温度，先向其中加入丙烯酰胺，混合均匀，调节体系的pH＝3.5～4.5，再加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，混合均匀后加入引发剂，之后调节淀粉、丙烯酰胺、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及引发剂质量的总和在体系中的质量分数为15～25％，之后在反应温度下搅拌反应≥3h，过滤，即得到淀粉基有机硅耐高温降滤失剂粗品；其中：所述丙烯酰胺、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及引发剂的用量分别为淀粉质量的100～250％、30～50％和0.8～1.2％；所述反应温度为≤55℃。上述制备方法中，所述的淀粉的选择与前述相同。淀粉的糊化温度及时间与现有技术相同，优选是在75～85℃条件下进行，在此温度条件下糊化的时间通常为20-40min。在调节淀粉乳液的温度稍高于反应温度时，通常是高于反应温度1～10℃。所述的引发剂为现有技术中的常规选择，具体可以是选自铈盐、高锰酸钾、焦磷酸锰和过硫酸盐(如过硫酸铵、过硫酸钾等，均以亚硫酸钠作还原剂)中的一种，优选为过硫酸铵和亚硫酸氢钠按1：1的质量比组成。该步骤中，所述的丙烯酰胺优选是以水溶液的形式(通常是配制成15～30％(质量)的水溶液)加入到淀粉乳液中，这样更有利于其与淀粉乳液的均匀混合，从而更有利于接枝聚合反应。上述制备方法中，所述丙烯酰胺、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及引发剂的用量分别优选为淀粉质量的180～200％、30～35％和0.9～1％，进一步分别优选为淀粉质量的200％、30％和1％。在该步骤中，优选是控制淀粉、丙烯酰胺、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及引发剂质量的总和在体系中的质量分数为20％，当在调节淀粉、丙烯酰胺、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及引发剂质量的总和在体系中的质量分数时加入的水量较多而使得体系的pH不在限定的3.5～4.5时，则需要进一步调节体系的pH＝3.5～4.5。采用常规的无机酸(如盐酸、硫酸或磷酸等)或有机酸(如甲酸、乙酸等)来调节体系的pH。上述制备方法中，优选是调节体系的pH＝4，并优选控制反应温度为45～55℃，进一步优选控制反应温度为50℃。申请人在试验中发现，当反应时间达到3h时，聚合反应已进行得较为充分，再延长时间对接枝率的提高没有明显作用，因此，在上述限定条件下，优选反应时间为3h。该步骤中，在过滤操作时，通常使用无水乙醇对滤饼进行洗涤。上述制备方法中，所述反应优选在氮气或惰性气体(如氦气、氖气或氩气等)保护下进行，这样更有利于聚合反应。本专利技术所述淀粉基有机硅耐高温降滤失剂的制备方法还包括将淀粉基有机硅耐高温降滤失剂粗品进行抽提的步骤，具体为：将淀粉基有机硅耐高温降滤失剂粗品进行抽提、干燥，即得到淀粉基有机硅耐高温降滤失剂成品。其中抽提时所用的抽提剂及抽提时间与现有技术相同，本申请中抽提剂优选可以是丙酮、异丙醇或乙二醇，抽提时间可以是8～24h，抽提完后收集不可溶部分，在60℃条件下恒温干燥至恒重。与现有技术相比，本专利技术的特点在于：1、以水为溶剂，克服有机溶剂对操作人员身体健康的隐患及环境污染等问题，更为环保，且生产成本更低；2、按本专利技术所述方法制得的降滤失剂具有良好降滤失及抗温性能，其中抗温可达180℃。附图说明图1为体系pH对滤失量的影响曲线；图2总反应物在体系中的质量分数对滤失量的影响曲线；图3为丙烯酰胺用量对滤失量的影响曲线；图4为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷用量对滤失量的影响曲线；图5为引发剂用量对滤失量的影响曲线；图6为反应温度对滤失量的影响曲线；图7为反应时间对滤失量的影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种淀粉基有机硅耐高温降滤失剂，其特征在于：它是由淀粉、丙烯酰胺、γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及引发剂在水中反应生成的共聚物；其中，所述丙烯酰胺、γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及引发剂的用量分别为淀粉质量的100～250％、30～50％和0.8～1.2％；在反应时，体系的pH＝3.5～4.5，参加反应的各固体物料质量的总和在体系中的质量分数为15～25％，反应温度≤55℃，反应时间≥3h。

【技术特征摘要】
1.一种淀粉基有机硅耐高温降滤失剂，其特征在于：它是由淀粉、丙烯酰胺、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及引发剂在水中反应生成的共聚物；其中，所述丙烯酰胺、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及引发剂的用量分别为淀粉质量的100～250％、30～50％和0.8～1.2％；在反应时，体系的pH＝3.5～4.5，参加反应的各固体物料质量的总和在体系中的质量分数为15～25％，反应温度≤55℃，反应时间≥3h。2.根据权利要求1所述的淀粉基有机硅耐高温降滤失剂，其特征在于：所述的淀粉为选自木薯淀粉、玉米淀粉和小麦淀粉中的一种或两种以上的组合。3.权利要求1所述的淀粉基有机硅耐高温降滤失剂的制备方法，其特征在于：该方法主要包括制备淀粉基有机硅耐高温降滤失剂粗品的步骤，该步骤包括：取淀粉与水混合，加热糊化，得到淀粉乳液，调节淀粉乳液的温度低于或等于或稍高于反应温度，先向其中加入丙烯酰胺，混合均匀，调节体系的pH＝3.5～4.5，再加入γ～甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，混合均匀后加入引发剂，之后调节淀粉、丙烯酰胺、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及引发剂质量的总和在体系中的质量分数为15～25％，之后在反应温度下搅拌反应≥3h，过滤，即得到淀...

【专利技术属性】
技术研发人员：王爱荣，童张法，石海信，王梓民，郑昌海，梁彩媚，
申请(专利权)人：广西大学，钦州学院，
类型：发明
国别省市：广西,45