專(zhuān)利名稱：：一種褐煤樹(shù)脂類(lèi)鉆井液降濾失劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種褐煤樹(shù)脂類(lèi)鉆井液降濾失劑的制備方法，所制得的降濾失劑抗溫耐鹽，且有良好的降粘作用和防塌性能，適用于配制淡水、鹽水鉆井液體系，廣泛用于深井和中深井鉆探。
背景技術(shù)：
：褐煤中含20%80%的腐殖酸，腐殖酸的相對(duì)分子質(zhì)量為102106，難溶于水，但可與堿發(fā)生反應(yīng)，生成水溶性的腐殖酸鹽。上世紀(jì)六十年代初人們就開(kāi)始通過(guò)堿化、硝化或磺化來(lái)提高腐殖酸的水溶性和抗鹽性，所生產(chǎn)的腐殖酸鈉和腐殖酸鉀耐溫但不耐鹽，有抑制頁(yè)巖膨脹、分散的作用；硝基腐殖酸鈉和磺甲基腐殖酸鈉具有一定的抗溫耐鹽性，耐溫達(dá)200。C、耐鹽達(dá)3X10、gL—'。美國(guó)專(zhuān)利(US3，956，140)報(bào)導(dǎo)了由苯酚、尿素、甲醛、亞硫酸鹽、水楊酸、苯甲酸及苯二甲酸等合成的聚合物降濾失劑，但由于反應(yīng)縮合過(guò)程難以控制、成本太高及抗溫性差等缺點(diǎn)，這一產(chǎn)品最終沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。中國(guó)專(zhuān)利(ZL85106524)報(bào)導(dǎo)了以磺甲基腐植酸鈉、磺甲基酚醛樹(shù)脂及水解聚丙烯腈為原料，經(jīng)過(guò)褐煤抽提、排渣、濃縮、磺化及接枝一系列過(guò)程制得褐煤樹(shù)脂鉆井液降濾失劑，但由于原料利用率低、成本高、排渣造成二次污染等缺點(diǎn)，導(dǎo)致這一產(chǎn)品生產(chǎn)應(yīng)用越來(lái)越少。中國(guó)專(zhuān)利(ZL99107925.6)報(bào)導(dǎo)了以腐殖酸活性中間體、水溶性聚丙烯腈銨鹽復(fù)聚物和水溶性碳酰胺樹(shù)脂為組成的褐煤樹(shù)脂類(lèi)降濾失劑，該降濾失劑具有抗溫耐鹽的優(yōu)點(diǎn)，但存在生產(chǎn)工藝繁瑣及在鉆井液中易起泡等缺點(diǎn)。到目前為止，尚沒(méi)有見(jiàn)到通過(guò)堿化、磺化、絡(luò)合、接枝交聯(lián)等一系列反應(yīng)，采取"一鍋燴"簡(jiǎn)單生產(chǎn)工藝來(lái)全面提高褐煤樹(shù)脂類(lèi)降濾失劑在鉆井液中綜合性能(降濾失性、流變性、潤(rùn)滑性、防塌性等)的方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種褐煤樹(shù)脂類(lèi)鉆井液降濾失劑的制備方法，使制得的降濾失劑能改善鉆井液的流變性、潤(rùn)滑性和防塌性能，具有抗溫耐鹽、降粘防塌等綜合性能。本發(fā)明通過(guò)下列途徑實(shí)現(xiàn)其目的以水、褐煤、腈綸下腳料、聚醚多元醇、氫氧化鈉、氫氧化鉀、磺化劑(硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、偏重亞硫酸鈉中的一種或多種)、交聯(lián)劑(硼酸、氯化鋁、氯化鐵、氯化鋯中的一種或多種)和甲醛為原料，并將上述原料放入同一反應(yīng)器中進(jìn)行"一鍋燴"，經(jīng)堿化、磺化、絡(luò)合、接枝交聯(lián)等一系列化學(xué)反應(yīng)，獲得褐煤樹(shù)脂類(lèi)降濾失劑，具體如下1.原料水4850%;褐煤2528%;腈綸下腳料1012%;聚醚多元醇56%;氫氧化鈉33.5%;氫氧化鉀44.5%;磺化劑(硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、偏重亞硫酸鈉中的一種或多種)11.2%;交聯(lián)劑(硼酸、氯化鋁、氯化鐵、氯化鋯中的一種或多種)0.50.6%;甲醛(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%):0.50.6%。2.制備方法向反應(yīng)器內(nèi)依次加入上述原料之水、褐煤、腈綸下腳料、聚醚多元醇、氫氧化鈉、氫氧化鉀、磺化劑、交聯(lián)劑、甲醛，攪拌30分鐘，加熱至120'C140'C，恒溫反應(yīng)3小時(shí)10小時(shí)，停止攪拌和加熱，噴霧干燥得到的固體粉末產(chǎn)品即為褐煤樹(shù)脂類(lèi)降濾失劑。原料在上述過(guò)程中，發(fā)生了堿化、水解、磺化、絡(luò)合、接枝交聯(lián)等化學(xué)反應(yīng)。褐煤中的腐殖酸通過(guò)堿化反應(yīng)變成腐殖酸鈉NaC和腐殖酸鉀KC;腈綸下腳料在堿性條件下水解生成水解聚丙烯腈鹽，其反應(yīng)如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>體系中的某些分子通過(guò)磺化在分子鏈上某些部位弓I入磺化基團(tuán)，進(jìn)一步增強(qiáng)其抗溫耐鹽性，主要的代表性磺化反應(yīng)如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>體系中的硼酸交聯(lián)溶液中帶一OH的聚合物分子(褐煤、聚多元醇醚)，交聯(lián)反應(yīng)如下:polymerpolymerOH、B^HQHpolymer式中polymer是指分子鏈中含有一OH官能團(tuán)的分子，相對(duì)分子質(zhì)量為3.6X1035.2X106。體系中的氯化鋯首先水解生成鋯的多核羥橋絡(luò)離子，鋯的多核羥橋絡(luò)離子能適當(dāng)交聯(lián)體系溶液中帶一COOH或一COONa的聚合物分子(褐煤、腈綸下腳料的水解產(chǎn)物)。交聯(lián)反應(yīng)如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>/式中polymer是指分子鏈中含有一COOH或一COONa官能團(tuán)的聚合物分子，相對(duì)分子質(zhì)量為1.8X1037.6X106。上述體系中的腈綸下腳料通過(guò)堿化生成部分水解聚丙烯腈鹽，部分水解聚丙烯腈鹽分子中因含有大量的腈基，正是這些腈基賦予了水解聚丙烯腈鹽具有很高的抗溫耐鹽雙重性，而現(xiàn)有的大多數(shù)褐煤樹(shù)脂產(chǎn)品中含有水解聚丙烯銨鹽成分，實(shí)踐證明水解聚丙烯銨鹽是抗溫不耐鹽的。另外，褐煤、腈綸下腳料、聚醚多元醇及其反應(yīng)中間產(chǎn)物通過(guò)與磺化劑和甲醛發(fā)生磺化反應(yīng)引入了磺甲基化基團(tuán)，磺甲基化基團(tuán)的引入對(duì)進(jìn)一步提高產(chǎn)品的抗溫耐鹽性具有重要貢獻(xiàn)。體系中的聚醚多元醇具有特殊的濁點(diǎn)效應(yīng)和排水作用，這兩種作用彌補(bǔ)了現(xiàn)有褐煤樹(shù)脂產(chǎn)品在鉆井液中潤(rùn)滑性和抑制性差的弱點(diǎn)；同時(shí)聚醚多元醇本身還具備消泡作用，因此聚醚多元醇的引入也彌補(bǔ)了現(xiàn)有褐煤樹(shù)脂產(chǎn)品易起泡而導(dǎo)致鉆井液比重不易控制的不足。褐煤、腈綸下腳料、聚醚多元醇等原料及其反應(yīng)中間產(chǎn)物通過(guò)絡(luò)合、接枝交聯(lián)等反應(yīng)，能在一定程度上補(bǔ)償體系中高分子的高溫降解作用，使反應(yīng)產(chǎn)物在高溫下仍能起到很好的降濾失性能。具體實(shí)施例方式1.褐煤樹(shù)脂降濾失劑的制備(1)向反應(yīng)器內(nèi)依次加入水50g、褐煤26.5g、腈綸下腳料10.5g、聚醚多元醇5.6g、氫氧化鈉3.2g、氫氧化鉀4.2g、亞硫酸氫鈉0.55g、偏重亞硫酸鈉0.55g、硼酸0.25g、氯化鋯0.35g、甲醛0.6g。(2)開(kāi)啟攪拌裝置，將反應(yīng)器內(nèi)的混合物均勻攪拌30分鐘，加熱反應(yīng)器至溫度為13(TC，恒溫反應(yīng)4小時(shí)，停止攪拌加熱，噴霧干燥即得褐煤樹(shù)脂降濾失劑固體粉末產(chǎn)品。2.褐煤樹(shù)脂降濾失劑的性能評(píng)價(jià)(1)降濾失性和流變性基漿濾失量和流變性測(cè)定按水評(píng)價(jià)土無(wú)水碳酸鈉質(zhì)量比為100:8:0.25的比例配制基漿，高速攪拌20分鐘密閉養(yǎng)護(hù)24小時(shí)。將養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后的基漿高速攪拌20分鐘，依據(jù)鉆井液測(cè)試程序標(biāo)準(zhǔn)ZB/TE13004-90和石油標(biāo)準(zhǔn)SY/T5092-93規(guī)定測(cè)》Kw讀數(shù)和濾失量。②產(chǎn)品在淡水基漿中的濾失量和流變性測(cè)定按①配制基漿，向基漿中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的本專(zhuān)利產(chǎn)品高速攪拌20分鐘，依據(jù)鉆井液測(cè)試程序標(biāo)準(zhǔn)ZB/TE13004-90和石油標(biāo)準(zhǔn)SY/T5092-93規(guī)定測(cè)4>1()()讀數(shù)和濾失量。③基漿被NaCL污染后濾失量和流變性測(cè)定按①配制基漿，向基漿中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的NaCL并高速攪拌20分鐘，依據(jù)鉆井液測(cè)試程序標(biāo)準(zhǔn)ZB/TE13004-90和石油標(biāo)準(zhǔn)SY/T5092-93規(guī)定測(cè)被NaCL污染基漿的濾失量和4)KM)讀數(shù)。產(chǎn)品在被NaCL污染后基漿中的濾失量和流變性測(cè)定按③配制鹽水基槳，向鹽水基漿中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的本發(fā)明產(chǎn)品高速攪拌20分鐘，依據(jù)鉆井液測(cè)試程序標(biāo)準(zhǔn)ZB/TE13004-90和石油標(biāo)準(zhǔn)SY/T5092-93規(guī)定測(cè)4>100讀數(shù)和濾失量。①、②、③、④各步的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。表1中降粘率D/的計(jì)算公式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>式(1)中，D/1--降粘率，％;基漿在100轉(zhuǎn)/分時(shí)的讀數(shù)，mPas;-基漿加樣品后在100轉(zhuǎn)/分時(shí)的讀數(shù)，mPa-II降濾失劑在鉆井液中的降粘降濾失性能(1)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>說(shuō)明高溫條件指200°C滾動(dòng)16h;AV-表觀粘度；PV—塑性粘度；PV—?jiǎng)忧辛?；SSPA—本發(fā)明產(chǎn)品代號(hào)。通過(guò)表l實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本發(fā)明的降濾失劑在鉆井液中抗溫(200°C)、耐鹽(4xl(/mg丄"NaCI)，在降濾失的同時(shí)兼有降粘作用。(2)潤(rùn)滑性泥餅粘滯系數(shù)是判斷泥餅潤(rùn)滑性的重要指標(biāo)，可以用來(lái)間接評(píng)價(jià)鉆井液的潤(rùn)滑性。泥餅粘滯系數(shù)越小，鉆井液的潤(rùn)滑性越好。用滑板式泥餅粘滯系數(shù)測(cè)定儀測(cè)量了本發(fā)明的降濾失劑在鉆井液中形成泥餅的粘滯系數(shù)。測(cè)量時(shí)，將由濾失試驗(yàn)得到的新鮮泥餅放在儀器臺(tái)面上，滑塊壓在泥餅中心停放5min。然后開(kāi)動(dòng)儀器，使臺(tái)面升起，直至滑塊開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)為止，讀出臺(tái)面升起的角度，此升起角度的正切值即為泥餅的粘滯系數(shù)，粘滯系數(shù)越小說(shuō)明鉆井液的潤(rùn)滑性越好。表2是降濾失劑在鉆井液中形成泥餅的厚度和粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。表2降濾失劑在鉆井液中刃終成泥餅的性能體系內(nèi)容泥餅厚度(mm)泥餅粘滯系數(shù)基漿2.50.76基漿+3%SSPA0.70.25通過(guò)表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本發(fā)明的降濾失劑在鉆井液中能明顯降低泥餅的粘滯系數(shù)，具有一定的潤(rùn)滑性。(3)抑制性通過(guò)泥頁(yè)巖分散實(shí)驗(yàn)和巖心膨脹實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)本發(fā)明降濾失劑的抑制性。①泥頁(yè)巖分散實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)，稱取50.0g小于6目、大于10目的巖屑，裝入盛有350ml蒸餾水或待測(cè)溶液的密封杯中，蓋緊蓋子；將裝好試樣的密封杯放入77'C的滾子加熱爐中，滾動(dòng)16h，取出，冷卻；將巖屑連同試液一起倒入35目標(biāo)準(zhǔn)篩中，用自來(lái)水沖洗lmin;將篩余巖樣放入105土3。C的鼓風(fēng)恒溫干燥箱中烘干4h，取出冷卻，并在空氣中靜置24h，然后進(jìn)行稱量。按下式計(jì)算巖屑回收率/P=!xl00%(2)50式(2)中y—35目巖屑回收率，％;//—35目篩余，g?；厥章蔙越大，巖屑分散少，所測(cè)試樣的抑制性就越強(qiáng)。②巖心膨脹實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)，先用游標(biāo)卡尺測(cè)量出所制巖心的原始高度H(mm)。將裝好巖心的測(cè)筒安裝到主機(jī)的兩根連桿中間，放正。調(diào)整中心桿上的調(diào)節(jié)螺母，使數(shù)字顯示為0.00;在測(cè)筒內(nèi)注滿待測(cè)溶液，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，記錄6h后巖心的膨脹高度AH(mm)。按下式計(jì)算泥頁(yè)巖的線膨脹率P=^￡lxl00%(3)H式(3)中P—6h時(shí)的線膨脹率，％AH—6h時(shí)的線膨脹量，mmH—巖心的原始高度，mm線膨脹率數(shù)值越大，所測(cè)試樣的抑制性越差。表3是降濾失劑的相對(duì)膨脹率和巖屑回收率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。表3降濾失劑的相對(duì)膨脹率和巖屑回收率體<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>通過(guò)表3實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本發(fā)明的降濾失劑在鉆井液中具有較好的抑制泥頁(yè)巖膨脹和分散的能力。3.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用本發(fā)明所提供的降濾失劑在油田多口井的實(shí)際應(yīng)用表明具有如下特點(diǎn)-(1)抗溫耐鹽，可用于配制鉆探6000米深井的淡水、4xl(^mg七"NaCI鹽水鉆井液體系；(2)在降濾失的同時(shí)兼有降粘作用，改善了鉆井液的流變性；(3)用該降濾失劑配制的鉆井液形成的泥餅薄而堅(jiān)韌且潤(rùn)滑性好，所鉆井井徑規(guī)則，無(wú)泥包鉆頭、泥餅卡鉆等事故發(fā)生；(4)該降濾失劑配制的鉆井液體系具有抑制泥頁(yè)巖分散和膨脹的能力，有利于井壁穩(wěn)定和油層保護(hù)；(5)該降濾失劑配伍性好，與其它處理劑復(fù)配使用具有增效作用；(6)用該降濾失劑配制的鉆井液起泡現(xiàn)象不明顯，鉆井液比重易控制。權(quán)利要求1.一種褐煤樹(shù)脂類(lèi)鉆井液降濾失劑的制備方法，其特征是以下列組分為原料水48～50％；褐煤25～28％；腈綸下腳料10～12％；聚醚多元醇5～6％；氫氧化鈉3～3.5％；氫氧化鉀4～4.5％；磺化劑1～1.2％；交聯(lián)劑0.5～0.6％；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35％的甲醛0.5～0.6％；所述的磺化劑是硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、偏重亞硫酸鈉中的一種或多種，所述的交聯(lián)劑是硼酸、氯化鋁、氯化鐵、氯化鋯中的一種或多種；上述各組分之和為100％，向反應(yīng)器內(nèi)依次加入上述原料，攪拌30分鐘，加熱至120℃～140℃，恒溫反應(yīng)3小時(shí)～10小時(shí)，停止攪拌和加熱，噴霧干燥得到的固體粉末產(chǎn)品即為褐煤樹(shù)脂類(lèi)降濾失劑。全文摘要本發(fā)明提供了一種褐煤樹(shù)脂類(lèi)鉆井液降濾失劑的制備方法，以水、褐煤、腈綸下腳料、聚醚多元醇、氫氧化鈉、氫氧化鉀、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、偏重亞硫酸鈉、硼酸、氯化鋯和甲醛為原料，將上述原料依次放入同一反應(yīng)器中進(jìn)行“一鍋燴”，經(jīng)堿化、磺化、絡(luò)合、接枝交聯(lián)等一系列化學(xué)反應(yīng)，獲得褐煤樹(shù)脂類(lèi)降濾失劑，添加本發(fā)明所提供的降濾失劑能顯著改善鉆井液的流變性、潤(rùn)滑性和防塌性能，具有抗溫耐鹽、降粘防塌等特性且本發(fā)明降濾失劑與鉆井液中的其它處理劑配伍性好，能避免泥包鉆頭、泥餅卡鉆等鉆井事故，有利于井壁穩(wěn)定和油氣層保護(hù)。文檔編號(hào)C09K8/035GK101230257SQ20071011455公開(kāi)日2008年7月30日申請(qǐng)日期2007年12月28日優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日發(fā)明者周廣亮,勝?gòu)?束松礦,樊澤霞,焦宗飛,王朝興,趙永峰申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東);勝利油田勝利化工有限責(zé)任公司