專利名稱：酚脲醛樹脂改性褐煤類抗高溫抗鹽降濾失劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆井液用降濾失劑及其制備方法，該方法以尿素、甲醛和苯酚為改性劑制備了改性褐煤類降濾失劑，特別是一種具有高抗溫能力和高降濾失效果的鉆井液添加劑。
背景技術(shù)：
降濾失劑是用以保證鉆井液性能穩(wěn)定，減少有害液體向地層濾失，以及穩(wěn)定井壁、 保證井徑規(guī)則的重要鉆井液處理劑，從產(chǎn)品類別來看，鉆井液處理劑已開始從單一化合物、 均聚物向共聚物、接枝產(chǎn)物發(fā)展，從主要使用天然產(chǎn)品向改性天然產(chǎn)品發(fā)展；從保護(hù)油氣層的觀點(diǎn)來看，降濾失劑是鉆井液中極為重要的一類處理劑；從保證正常鉆進(jìn)、減少鉆井液維護(hù)工作和降低鉆井液處理劑消耗來看，降濾失劑也是鉆井液中不可缺少的一類處理劑。本發(fā)明所涉及的鉆井液降濾失劑即以天然產(chǎn)物褐煤為主要原料通過酚脲醛樹脂共聚、接枝而成，具有高效抗溫抗鹽能力。目前常用的鉆井液降濾失劑多是相對(duì)分子量適中的天然或合成聚合物，它們?cè)诮档豌@井液濾失量的同時(shí)，雖然滿足了現(xiàn)場(chǎng)需要，但是也存在一些問題。例如磺化褐煤樹脂 SRC、高溫降濾失劑SPNH、磺甲基酚醛樹脂SMP等產(chǎn)品抗鹽性不足，磺化褐煤SMC雖可用于淡水鉆井液，并有一定的抗溫能力(在淡水鉆井液中的抗溫能力達(dá)到200 230°C )，但抗鹽能力不超過3% OO(TC),被鹽和鈣污染后，鉆井液增粘，降濾失效果明顯降低，SMC和鐵鉻鹽配合使用，可以提高抗鹽、鈣的能力；與紅礬配合可以提高抗溫能力?；羌谆尤渲?SMP是很好的抗高溫降濾失劑，有SMP-I和SMP-2兩種型號(hào)，但有起泡嚴(yán)重，提高鉆井液粘度的缺點(diǎn)，而且SMP-I必須與磺化褐煤SMC復(fù)配使用效果才明顯，SMP-2雖可用于飽和鹽水鉆井液，但必須將它與磺化褐煤SMC和磺化栲膠SMK復(fù)配使用才能發(fā)揮良好的作用。在抗高溫不飽和鹽水鉆井液中SMP-2可代替SMP-I，只是加量須要偏大，而SMP-I不可替代SMP-2 用于飽和鹽水鉆井液中。近年來石油勘探開發(fā)步伐加快，深井超深井?dāng)?shù)量大量增加，對(duì)處理劑的抗溫、抗鹽性能要求越來越高，所以研制新型抗高溫、抗鹽、廉價(jià)的降濾失劑對(duì)于提高勘探開發(fā)的進(jìn)度與成功率，對(duì)于油氣井工程的井下安全、井壁穩(wěn)定、油層保護(hù)甚至于環(huán)境保護(hù)及經(jīng)濟(jì)效益均具有重大的理論和實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種作為鉆井液處理劑使用的褐煤樹脂類抗溫抗鹽降濾失劑的制備方法。該降濾失劑的主要原料為褐煤，該制備方法是采用一步法不排渣的生產(chǎn)工藝路線，具有生產(chǎn)強(qiáng)度大，原料利用率高，不形成二次污染，抗溫抗鹽性能好的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛的適用于淡水、鹽水污染下的深井鉆探使用。一種鉆井液降濾失劑，其特征是，以磺化脲醛和磺化酚醛混合樹脂改性褐煤形成， 原料配比為褐煤10%-20%；強(qiáng)堿(Na0H，K0H—種或二者混合物)2% -4%;水50% -60%；苯酚2% -5. 5% ；甲醛8% -15% ；尿素3% -7% ；水解丙烯腈鈉鹽0. 15% -2% ；聚丙烯酰胺0. 125% -0. 5%;磺化劑(亞硫酸鈉，亞硫酸氫鈉，偏重亞硫酸鈉中的一種或幾種混合物)2%-7%，均為重量百分比。本發(fā)明降濾失劑的制備方法，包括如下步驟(1)在反應(yīng)釜中加入苯酚、甲醛(甲醛總用量的20wt% -40wt% )及磺化劑(磺化劑總用量的20wt% -35wt% )，在55-70°C反應(yīng)15-30分鐘。(2)步驟O)的產(chǎn)物中加入尿素和甲醛(甲醛總用量的60wt% -80wt% )及磺化劑(磺化劑總用量的25wt% -40wt% )，設(shè)定溫度為85-97°C，反應(yīng)10分鐘。(3)待溫度升至85-97°C之間，加入水解聚丙烯腈鈉鹽，隨后加入水、強(qiáng)堿和褐煤， 反應(yīng)30分鐘。(4)加入聚丙烯酰胺及磺化劑(磺化劑總用量的25^%-55^%)，然后反應(yīng) 1. 5-4小時(shí)，得到的料液經(jīng)干燥粉碎即得降濾失劑產(chǎn)品。本發(fā)明所述降濾失劑的應(yīng)用，適用溫度一般在室溫至210°C、可在淡水泥漿和鹽水泥漿中使用。本發(fā)明降濾失劑適用于淡水泥漿和鹽水泥漿的降濾失作用。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)Q/ SH10201881-2008進(jìn)行評(píng)價(jià)。將試驗(yàn)用鈉土、水、無水碳酸鈉按8 100 0.25的比例高速 (10000轉(zhuǎn)/分)混合20min，在密閉養(yǎng)護(hù)M小時(shí)，即得基漿。取兩份配好的基漿400ml，分別加入12. Og樣品，高速攪拌20min，其中一份于室溫下密閉養(yǎng)護(hù)16小時(shí)，高速攪拌5min，測(cè)定30min室溫中壓濾失量；另一份加入老化罐，于 180°C老化溫度下滾動(dòng)16h，冷卻取出，高速攪拌5min，測(cè)定高溫老化后淡水漿的高溫高壓濾失量(150°C, 3. 45MPa)。取兩份配好的基漿400ml，分別加入氯化鈉(按所測(cè)的鹽水濃度加入)，高速攪拌20min，在分別加入20. Og樣品，高速攪拌20min，裝入老化罐，于180°C老化溫度下滾動(dòng) 16h，冷卻取出，高速攪拌5min，分別測(cè)定老化后的中壓濾失量和高溫高壓濾失量(150°C， 3. 45MPa)。本專利主要以褐煤為原料，由于褐煤中的腐殖酸分子是由多環(huán)芳核與多種活性官能團(tuán)構(gòu)成，具有多種功能基團(tuán)，分子的親水性、絡(luò)合能力以及吸附分散能力較強(qiáng)，所以為改性提供好的基礎(chǔ)，通過脲醛樹脂的改性，提高改性產(chǎn)物的抗溫、抗鹽能力，由于脲醛樹脂的存在使得改性產(chǎn)物在應(yīng)用過程中沒有起泡現(xiàn)象，同時(shí)還具有很好的降粘性能，克服了酚醛樹脂改性產(chǎn)品起泡提粘的缺點(diǎn)，并且改性產(chǎn)物具有可生物降解性，是環(huán)保型材料，用作鉆井液處理劑的前景廣闊。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施實(shí)例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于此。實(shí)施例1 用量筒量取IOml苯酚，i;3ml甲醛加入500ml三口燒瓶中，升溫至60°C以上，加入 3. 4g偏重亞硫酸鈉，反應(yīng)30min，后加入10. 7g尿素，2:3ml甲醛，3. 4g偏重亞硫酸鈉，開始升溫，升溫至90°C以上加入IOg水解聚丙烯腈鈉鹽(自制，參考文獻(xiàn)[1]，以下同)，反應(yīng)5min 加入氫氧化鈉溶液OOOml蒸餾水，溶解12g氫氧化鈉)，隨后加入60g褐煤(腐植酸含量彡60% )，反應(yīng)30分鐘，加入9g偏重亞硫酸鈉，Ig聚丙烯酰胺。反應(yīng)2-3.證，取出冷卻，烘干粉碎得到產(chǎn)品A。實(shí)施例2 用量筒量取Ilml苯酚，Ilml甲醛加入500ml三口燒瓶中，升溫至60°C，加入3. 67g 偏重亞硫酸鈉，反應(yīng)30min，后加入11. 73g尿素，25. Oml甲醛，3. 67g偏重亞硫酸鈉，開始升溫，升溫至90°C后加入IOg水解聚丙烯腈鈉鹽(自制)，反應(yīng)5min加入氫氧化鈉溶液QOOml 蒸餾水，溶解12g氫氧化鈉)，隨后加入60g褐煤(腐植酸含量> 60 % )，反應(yīng)30分鐘，加入 9g偏重亞硫酸鈉，Ig聚丙烯酰胺。反應(yīng)2-3.證，取出冷卻，烘干粉碎得到產(chǎn)品B。實(shí)施例3 用量筒量取12ml苯酚，12ml甲醛加入500ml三口燒瓶中，升溫至60°C，加入4g偏重亞硫酸鈉，反應(yīng)30min，后加入12. 8g尿素，28ml甲醛，4g偏重亞硫酸鈉，開始升溫，升溫至90°C后加入IOg水解聚丙烯腈鈉鹽(自制)，反應(yīng)5min加入氫氧化鈉溶液QOOml蒸餾水，溶解12g氫氧化鈉)，隨后加入60g褐煤(腐植酸含量> 60% )，反應(yīng)30分鐘，加入9g 偏重亞硫酸鈉，Ig聚丙烯酰胺。反應(yīng)2-3.證，取出冷卻，烘干粉碎得到產(chǎn)品C。實(shí)施例4 用量筒量取13ml苯酚，13ml甲醛加入500ml三口燒瓶中，升溫至60°C，加入4. 33g 偏重亞硫酸鈉，反應(yīng)30min，后加入13. 87g尿素，30. ml甲醛，4. 33g偏重亞硫酸鈉，開始升溫，升溫至90°C后加入IOg水解聚丙烯腈鈉鹽(自制)，反應(yīng)5min加入氫氧化鈉溶液QOOml 蒸餾水，溶解12g氫氧化鈉)，隨后加入60g褐煤(腐植酸含量> 60 % )，反應(yīng)30分鐘，加入 9g偏重亞硫酸鈉，Ig聚丙烯酰胺。反應(yīng)2-3.證，取出冷卻，烘干粉碎得到產(chǎn)品D。實(shí)施例5 用量筒量取15ml苯酚，15ml甲醛加入500ml三口燒瓶中，升溫至60°C，加入5g偏重亞硫酸鈉，反應(yīng)30min，后加入16g尿素，35ml甲醛，5g偏重亞硫酸鈉，開始升溫，升溫至 90°C后加入7g水解聚丙烯腈鈉鹽(自制)，反應(yīng)5min加入氫氧化鈉溶液QOOml蒸餾水，溶解12g氫氧化鈉)，隨后加入60g褐煤(腐植酸含量> 60% )，反應(yīng)30分鐘，加入9g偏重亞硫酸鈉，Ig聚丙烯酰胺。反應(yīng)2-3.證，取出冷卻，烘干粉碎得到產(chǎn)品E。實(shí)施例6 用量筒量取15ml苯酚，15ml甲醛加入500ml三口燒瓶中，升溫至60°C，加入5g偏重亞硫酸鈉，反應(yīng)30min，后加入16g尿素，35ml甲醛，5g偏重亞硫酸鈉，開始升溫，升溫至 90°C后加入7g水解聚丙烯腈鈉鹽(自制)，反應(yīng)5min加入氫氧化鈉溶液蒸餾水，溶解15g氫氧化鈉)，隨后加入80g褐煤(腐植酸含量> 60% )，反應(yīng)30分鐘，加入IOg偏重亞硫酸鈉，Ig聚丙烯酰胺。反應(yīng)2-3.證，取出冷卻，烘干粉碎得到產(chǎn)品F。實(shí)施例7 用量筒量取15ml苯酚，20ml甲醛加入500ml三口燒瓶中，升溫至60°C，加入5g偏重亞硫酸鈉，反應(yīng)30min，后加入16g尿素，35ml甲醛，5g偏重亞硫酸鈉，開始升溫，升溫至 90°C后加入7g水解聚丙烯腈鈉鹽(自制)，反應(yīng)5min加入氫氧化鈉溶液蒸餾水，溶解15g氫氧化鈉)，隨后加入80g褐煤(腐植酸含量> 60% )，反應(yīng)30分鐘，加入9g偏重亞硫酸鈉，Ig聚丙烯酰胺。反應(yīng)2-3.證，取出冷卻，烘干粉碎得到產(chǎn)品G。實(shí)施例8
用量筒量取15ml苯酚，15ml甲醛加入500ml三口燒瓶中，升溫至60°C，加入5g偏重亞硫酸鈉，反應(yīng)30min，后加入16g尿素，35ml甲醛，5g偏重亞硫酸鈉，開始升溫，升溫至 90°C后加入7g水解聚丙烯腈鈉鹽，反應(yīng)5min加入褐煤(腐植酸含量> 60% )堿液(常溫下用5. 66 %，200ml的氫氧化鈉溶液溶解60g褐煤制得的褐煤堿液)，反應(yīng)30分鐘，加入9g 偏重亞硫酸鈉，Ig聚丙烯酰胺。反應(yīng)3-4h，取出冷卻，烘干粉碎得到產(chǎn)品H。實(shí)施例9 用量筒量取15ml苯酚，20ml甲醛加入500ml三口燒瓶中，升溫至60°C，加入5g偏重亞硫酸鈉，反應(yīng)30min，后加入16g尿素，35ml甲醛，5g偏重亞硫酸鈉，開始升溫，升溫至 90°C后加入4g水解聚丙烯腈鈉鹽，反應(yīng)5min加入褐煤(腐植酸含量> 60% )堿液(常溫下用5. 66 %，200ml的氫氧化鈉溶液溶解60g褐煤制得的褐煤堿液)，反應(yīng)30分鐘，加入9g 偏重亞硫酸鈉，Ig聚丙烯酰胺。反應(yīng)3-4h，取出冷卻，烘干粉碎得到產(chǎn)品I。實(shí)施例10 用量筒量取15ml苯酚，15ml甲醛加入500ml三口燒瓶中，升溫至60°C，加入5g偏重亞硫酸鈉，反應(yīng)30min，后加入16g尿素，35ml甲醛，5g偏重亞硫酸鈉，開始升溫，升溫至 90°C后加入7g水解聚丙烯腈鈉鹽，反應(yīng)5min加入褐煤(腐植酸含量> 60% )堿液(常溫下用5. 66 %，200ml的氫氧化鈉溶液溶解60g褐煤制得的褐煤堿液)，反應(yīng)30分鐘，加入9g 偏重亞硫酸鈉。反應(yīng)3-4h，取出冷卻，烘干粉碎得到產(chǎn)品J。上述樣品A K的4 %鹽水失量評(píng)價(jià)結(jié)果示于表1 (測(cè)試方法采用Q/ SH10201881-2008 標(biāo)準(zhǔn)，以下同)。表1.不同樣品濾失量對(duì)比
樣品ABCDEFGHIJ市售同類產(chǎn)品K4%鹽水漿1807.587.58888.57.56.5826°C老化中壓濾失量(ml)4%鹽水漿高溫高壓濾失量 (ml)2020232520202625262637.5上述樣品A K的淡水漿評(píng)價(jià)結(jié)果示于表2。表2.不同樣品濾失量對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種鉆井液降濾失劑，其特征是，以磺化脲醛和磺化酚醛混合樹脂改性褐煤形成，原料配比為褐煤10% -20% ；強(qiáng)堿 2% -4% ；水 50% -60% ；苯酚2% -5.5% ；甲醛8% -15% ； 尿素3% -7% ；水解丙烯腈鈉鹽0. 15% -2% ；聚丙烯酰胺0. 125% -0.5%，磺化劑 2% -7%，均為重量百分比。
2.如權(quán)利要求1所述的鉆井液降濾失劑，其特征是，所述強(qiáng)堿為Na0H，K0H—種或二者混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的鉆井液降濾失劑，其特征是，所述磺化劑為亞硫酸鈉，亞硫酸氫鈉，偏重亞硫酸鈉中的一種或幾種混合物。
4.如權(quán)利要求1 3任一項(xiàng)所述的降濾失劑的制備方法，包括如下步驟(1)在反應(yīng)釜中加入苯酚、甲醛及磺化劑，在55-70°C反應(yīng)15-30分鐘。(2)步驟⑵的產(chǎn)物中加入尿素和甲醛及磺化劑，設(shè)定溫度為85-97°C，反應(yīng)10分鐘。(3)待溫度升至85-97°C之間，加入水解聚丙烯腈鈉鹽，隨后加入水、強(qiáng)堿和褐煤，反應(yīng) 30分鐘。(4)加入聚丙烯酰胺及磺化劑，然后反應(yīng)1.5-4小時(shí)，得到的料液經(jīng)干燥粉碎即得降濾失劑產(chǎn)品。
5.如權(quán)利要求1 3任一項(xiàng)所述的降濾失劑的應(yīng)用，適用溫度在室溫至210°C、在淡水泥漿和鹽水泥漿中使用。
全文摘要
一種用于鉆井液的降濾失劑制備方法，以褐煤為主體原料，先制備磺化酚脲醛樹脂混合物，再與堿液、褐煤反應(yīng)，形成磺化酚脲醛樹脂改性的褐煤降濾失劑。各種不同反應(yīng)物的加量按重量計(jì)褐煤用量10％-20％；NaOH，KOH一種或二者混合物2％-4％；水的用量50％-60％；苯酚的用量2％-5.5％；甲醛的用量8％-15％；尿素的用量3％-7％；水解丙烯腈鈉鹽用量0.15％-2％；聚丙烯酰胺用量0.125％-0.5％，磺化劑(亞硫酸鈉，亞硫酸氫鈉，偏重亞硫酸鈉中的一種或幾種混合物)用量2％-7％。
文檔編號(hào)C08G12/40GK102408882SQ20111030571
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月11日
發(fā)明者何躍超, 張文郁, 班青, 胡范成, 鮑允紀(jì) 申請(qǐng)人:山東輕工業(yè)學(xué)院