專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種纖維素基鉆井液降濾失劑及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種新型纖維素基鉆井液降濾失劑的制備方法，所制得的降濾失劑抗溫耐鹽，適用于配制淡水、鹽水鉆井液體系。
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。鉆井液分為油基鉆井液和水基鉆井液。隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，水基鉆井液因污染小而成為主流。相應(yīng)地，鉆井液降濾失劑也分為水溶性和油溶性而用于不同鉆井液中。水溶性降濾失劑主要分為四類(lèi)天然及改性天然高分子類(lèi)、合成聚合物類(lèi)、利用工業(yè)廢料和化工副產(chǎn)品制備的降濾失劑以及合成樹(shù)脂類(lèi)。纖維素類(lèi)降濾失劑屬于改性天然高分子類(lèi)降濾失劑，具有來(lái)源豐富、可生物降解、污染小的特點(diǎn)。其中最具有代表性的是羧甲基纖維素鈉(CMC)和聚陰離子纖維素(PAC),它們是迄今為止用量最大，用途最廣泛的鉆井液降濾失劑之一。隨著石油勘探開(kāi)發(fā)向深部地層和海上發(fā)展，鉆遇地層條件日趨復(fù)雜，井的深度也在增加，因此對(duì)鉆井液的高溫性能提出了越來(lái)越高的要求，對(duì)降濾失劑的要求也隨之升高。國(guó)內(nèi)的CMC和PAC生產(chǎn)廠(chǎng)家有一百多家，年產(chǎn)量10萬(wàn)噸左右，大多只能滿(mǎn)足鉆井液的常溫性能要求，而對(duì)于鉆井液的高溫性能要求則幾乎沒(méi)有產(chǎn)品能夠滿(mǎn)足。因此，國(guó)內(nèi)海上鉆井或其它地層條件復(fù)雜的鉆井只能采用價(jià)格高昂的其它降濾失劑。張連生等(精細(xì)石油化工，1987，1:311)曾以CMC為骨架用混合稀土高價(jià)硝酸鹽引發(fā)AM進(jìn)行自由基接枝聚合得到CMC-PAM梳型共聚物，經(jīng)水解處理和經(jīng)甲基化反應(yīng)制得聚N-羥甲基丙烯酞胺一丙烯酸鈉接枝羧甲基纖維素，作為鉆井液處理劑有良好的綜合性能，增粘和降濾失能力明顯優(yōu)于聚陰離子纖維素，由于降解后的產(chǎn)物具有足夠的分子量，在淡水鉆井液中經(jīng)165'C高溫后仍保持良好的降濾失性能。但是過(guò)程復(fù)雜，成本高，并沒(méi)有得到推廣應(yīng)用。本發(fā)明以纖維素為原料，采用目前工業(yè)上普遍采用的制備纖維素羧甲基鈉的方法，無(wú)須改變?cè)O(shè)備和工藝，即可制備降濾失性能優(yōu)異、可用于淡水和鹽水鉆井液的新型纖維素基降濾失劑。該降濾失劑可以成為CMC和PAC的替代產(chǎn)品。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了提高纖維素基降濾失劑在鹽水鉆井液中的降濾失性能而提出的一種的纖維素基鉆井液降濾失劑及制備方法。本發(fā)明在纖維素堿化過(guò)程中采用混合堿金屬氫氧化物為堿化試劑，氯乙酸為醚化劑，利用現(xiàn)有的羧甲基纖維素鈉生產(chǎn)設(shè)備和工藝制備纖維素基降濾失劑及方法。該降濾失劑在淡水和鹽水鉆井液中有優(yōu)異的降濾失性能。本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的一種的纖維素基鉆井液降濾失劑，其結(jié)構(gòu)如下其中，R=H、CH2COONa或CH2COOK0.8《DSCH2COONa+DSCH2COOK《3.0，DSCH2COONa/DSCIl2COOK=l/0.0007~0.62。本發(fā)明的一種的纖維素基鉆井液降濾失劑的制備方法，具體步驟為步驟一、纖維素的堿化在1025。C溫度下，向有機(jī)溶劑中加入氫氧化鈉/氫氧化鉀混合物的水溶液，然后加入纖維素，于535'C下進(jìn)行活化反應(yīng)；有機(jī)溶劑的質(zhì)量濃度不小于80%;氫氧化鈉與氫氧化鉀的質(zhì)量比為1800:1;纖維素與水的質(zhì)量比為1:1.23~6.5;纖維素與堿金屬氫氧化物的質(zhì)量比為1:0.531.43;堿化時(shí)間0.5-3.0小時(shí);步驟二、醚化反應(yīng)堿化反應(yīng)結(jié)束后加入醚化劑，反應(yīng)溫度為4580'C，反應(yīng)時(shí)間30180分鐘；其中所用醚化劑為質(zhì)量濃度40%~60%的氯乙酸/有機(jī)溶劑的混合溶液；.纖維素與作為醚化劑的氯乙酸的質(zhì)量比為1:0.7L52。步驟三、中和反應(yīng)醚化反應(yīng)結(jié)束后，加入中和試劑進(jìn)行中和反應(yīng)；所使用的中和試劑為鹽酸/有機(jī)溶劑或冰醋酸/有機(jī)溶劑混合體系。步驟四、洗滌、干燥反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)物放入離心機(jī)離心，然后進(jìn)行洗滌、離心，最后放入真空烘箱中于80'C下烘干，防潮保存。步驟一中所述纖維素與有機(jī)溶劑質(zhì)量比為1:8~15。步驟一中所述有機(jī)溶劑是異丙醇、乙醇、異丙醇/乙醇、丙酮、甲苯、乙醇/甲苯、異丙醇/甲苯、異丁醇中的一種。本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)為1)纖維素堿化過(guò)程中，堿化試劑是氫氧化鈉與氫氧化鉀的混合物；2)產(chǎn)物的纖維素骨架上同時(shí)含有羧甲基鈉和羧甲基鉀。有益效果1)產(chǎn)物用于淡水、鹽水鉆井液，均有優(yōu)異的降濾失性能。當(dāng)其用量為0.5%(質(zhì)量)時(shí)，可使鹽水鉆井液經(jīng)12(TC滾動(dòng)老化16h，API失水量?jī)H為15mL;2)可以直接利用現(xiàn)有的羧甲基纖維素鈉生產(chǎn)設(shè)備和工藝制備該纖維素基降濾失劑，無(wú)須進(jìn)行生產(chǎn)線(xiàn)改造或添加設(shè)備。具體實(shí)施例方式以下根據(jù)實(shí)施例詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于實(shí)施例。實(shí)施例1在攪拌條件下，將39.96份氫氧化鈉和0.08份氫氧化鉀加入到1080份質(zhì)量濃度為85%的異丙醇/水溶液中，然后加入棉纖維素75份，于20'C下反應(yīng)60分鐘；加入90份含有50%氯乙酸的氯乙酸/異丙醇混合溶液，升溫至60'C反應(yīng)150分鐘；反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)體系冷卻至30'C，用冰醋酸/異丙醇溶液中和，然后進(jìn)行洗滌，離心，干燥；防潮保存。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5005-2001關(guān)于降濾失劑的指標(biāo)要求只規(guī)定了常溫性能，大多CMC產(chǎn)品均能滿(mǎn)足，但是該標(biāo)準(zhǔn)難以滿(mǎn)足現(xiàn)代鉆井液對(duì)降濾失劑的要求。相對(duì)而言，中海油田服務(wù)股份有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/HSYF041-2006對(duì)纖維素基降濾失劑的要求嚴(yán)格，國(guó)內(nèi)多數(shù)纖維素基降濾失劑難以達(dá)到其要求。本降濾失劑的降濾失性能采用中海油田服務(wù)股份有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/HSYF041-2006對(duì)其高溫性能進(jìn)行測(cè)試。具體如下基漿配制量取400mL蒸餾水置于漿杯中，加入16gNaCl、40gKCl，低速(3000r/min)攪拌10min使無(wú)機(jī)鹽溶解。然后在攪拌下加入40g評(píng)價(jià)土，用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=10，再低速攪拌30min。高溫性能測(cè)試分別量取400mL基漿兩份，在高速攪拌的條件下分別緩慢加入0.5%、1.0%纖維素基降濾失劑試樣，高速攪拌20min，其間中斷兩次，將器壁上的粘附物刮回漿杯中，然后室溫下密閉養(yǎng)護(hù)16h。用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH-lO，再將其低速攪拌20min，裝入老化罐，放入滾子加熱爐中，在12(TC下恒溫滾動(dòng)16h，取出冷卻至室溫，低速攪拌5min，按SY/T5621的規(guī)定測(cè)其表觀粘度及API濾失量。中海油田服務(wù)股份有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/HSYF041-2006指標(biāo)要求:指標(biāo)120'C熱滾16h表觀粘度，mPa'sAPI濾失量，mL0.5%加量1%加量0.5%加量1%加量指標(biāo)要求》2.5>5.5《28《9實(shí)施例結(jié)果見(jiàn)表l。實(shí)施例2在攪拌條件下，將22份氫氧化鈉和20份氫氧化鉀加入到780份質(zhì)量濃度為90°/。的丙酮/水溶液中，然后加入聚合度為936的棉纖維素60份，于25'C下反應(yīng)100分鐘，加入70份含有55%氯乙酸的氯乙酸/丙酮混合溶液，升溫至45'C反應(yīng)200分鐘；反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)體系冷卻至25'C，用鹽酸中和，然后進(jìn)行洗滌，離心，干燥；防潮保存。測(cè)試方法同實(shí)施例1。結(jié)果見(jiàn)表1。實(shí)施例3在攪拌條件下，將56份氫氧化鈉和2.8份氫氧化鉀加入到950份質(zhì)量濃度為90%的異丙醇/乙醇溶液中，然后加入木纖維素95份，于3CTC下反應(yīng)90分鐘，加入103份含有58%氯乙酸的氯乙酸/異丙醇/乙醇混合溶液，升溫至75'C反應(yīng)80分鐘；反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)體系冷卻至35。C，用冰醋酸/乙醇溶液中和，然后進(jìn)行洗滌，離心，干燥；防潮保存。測(cè)試方法同實(shí)施例1。結(jié)果見(jiàn)表1。實(shí)施例4:在攪拌條件下，將48份氫氧化鈉和0.96份氫氧化鉀加入到950份質(zhì)量濃度為85%的異丙醇溶液中，然后加入木纖維素70份，于3(TC下反應(yīng)90分鐘，加入90份含有58°/。氯乙酸的氯乙酸/異丙醇溶液，升溫至70'C反應(yīng)120分鐘；反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)體系冷卻至35°C，用冰醋酸/乙醇溶液中和，然后進(jìn)行洗滌，離心，干燥；防潮保存。測(cè)試方法同實(shí)施例1。結(jié)果見(jiàn)表1。實(shí)施例5:在攪拌條件下，將60份氫氧化鈉和0.7份氫氧化鉀加入到1125份質(zhì)量濃度為85%的異丙醇溶液中，然后加入木纖維素75份，于2(TC下反應(yīng)90分鐘，加入113份含有58%氯乙酸的氯乙酸/異丙醇溶液，升溫至75。C反應(yīng)80分鐘；反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)體系冷卻至35。C，用冰醋酸/乙醇溶液中和，然后進(jìn)行洗漆，離心，干燥；防潮保存。測(cè)試方法同實(shí)施例l。結(jié)果見(jiàn)表l。實(shí)施例6:在攪拌條件下，將47份氫氧化鈉和0.16份氫氧化鉀加入到900份質(zhì)量濃度為85%的異丙醇/乙醇溶液中，然后加入木纖維素80份，于30'C下反應(yīng)90分鐘，加入92份含有56%氯乙酸的氯乙酸/異丙醇溶液，升溫至75'C反應(yīng)80分鐘；反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)體系冷卻至35'C，用冰醋酸/乙醇溶液中和，然后進(jìn)行洗滌，離心，干燥；防潮保存。測(cè)試方法同實(shí)施例1。結(jié)果見(jiàn)表1。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求1、一種纖維素基鉆井液降濾失劑，其特征在于結(jié)構(gòu)為R＝H、CH2COONa或CH2COOK2、一種纖維素基鉆井液降濾失劑的制備方法，其特征在于具體制備步驟為步驟一、纖維素的堿化在1025'C溫度下，向有機(jī)溶劑中加入氫氧化鈉/氫氧化鉀混合物的水溶液，然后加入纖維素，于535'C下進(jìn)行活化反應(yīng)；有機(jī)溶劑的質(zhì)量濃度不小于80%;氫氧化鈉與氫氧化鉀的質(zhì)量比為1~800:1;纖維素與水的質(zhì)量比為1:1.236.5;纖維素與堿金屬氫氧化物的質(zhì)量比為1:0.531.43;堿化時(shí)間0.5~3.0小時(shí)；步驟二、醚化反應(yīng)堿化反應(yīng)結(jié)束后加入醚化劑，反應(yīng)溫度為4580°C，反應(yīng)時(shí)間30180分鐘；其中所用醚化劑為質(zhì)量濃度40%60%的氯乙酸/有機(jī)溶劑的混合溶液；纖維素與作為醚化劑的氯乙酸的質(zhì)量比為1:0.71.52;步驟三、中和反應(yīng)醚化反應(yīng)結(jié)束后，加入中和試劑進(jìn)行中和反應(yīng)；所使用的中和試劑為鹽酸/有機(jī)溶劑或冰醋酸/有機(jī)溶劑混合體系；步驟四、洗滌、干燥反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)物放入離心機(jī)離心，然后進(jìn)行洗滌、離心，最后放入真空烘箱中于80'C下烘干，防潮保存。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種纖維素基鉆井液降濾失劑的制備方法，其特征在于步驟一中所述纖維素與有機(jī)溶劑質(zhì)量比為1:8~15。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種纖維素基鉆井液降濾失劑的制備方法，其特征在于步驟一中所述有機(jī)溶劑是異丙醇、乙醇、異丙醇/乙醇、丙酮、甲苯、乙醇/甲苯、異丙醇/甲苯、異丁醇中的一種。全文摘要本發(fā)明涉及一種纖維素基鉆井液降濾失劑的制備方法，所制得的降濾失劑適用于配制淡水、鹽水鉆井液體系。該制備方法是在一定溫度下，向有機(jī)溶劑中加入氫氧化鈉/氫氧化鉀混合物的水溶液，然后加入纖維素，進(jìn)行活化反應(yīng)；其中纖維素與有機(jī)溶劑質(zhì)量比為1∶8～15，有機(jī)溶劑是異丙醇、乙醇、異丙醇/乙醇、丙酮、甲苯、乙醇/甲苯、異丙醇/甲苯、異丁醇中的一種；有機(jī)溶劑的質(zhì)量濃度不小于80％；氫氧化鈉與氫氧化鉀的質(zhì)量比為1～800∶1；纖維素與水的質(zhì)量比為1∶1.23～6.5；纖維素與堿金屬氫氧化物的質(zhì)量比為1∶0.53～1.43，堿化時(shí)間0.5～3.0小時(shí)。堿化反應(yīng)結(jié)束后加入醚化劑進(jìn)行醚化反應(yīng)，然后進(jìn)行中和、洗滌，最后放入真空烘箱中于80℃下烘干，防潮保存。文檔編號(hào)C09K8/02GK101602938SQ20091008920公開(kāi)日2009年12月16日申請(qǐng)日期2009年7月13日優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日發(fā)明者王飛俊,邵自強(qiáng)申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)