酚脲醛樹脂改性褐煤類抗高溫抗鹽降濾失劑及其製備方法

2023-05-08 09:43:56 7

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製備方法
技術領域：
本發明涉及一種鑽井液用降濾失劑及其製備方法，該方法以尿素、甲醛和苯酚為改性劑製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鑽井液添加劑。
背景技術：
降濾失劑是用以保證鑽井液性能穩定，減少有害液體向地層濾失，以及穩定井壁、 保證井徑規則的重要鑽井液處理劑，從產品類別來看，鑽井液處理劑已開始從單一化合物、 均聚物向共聚物、接枝產物發展，從主要使用天然產品向改性天然產品發展；從保護油氣層的觀點來看，降濾失劑是鑽井液中極為重要的一類處理劑；從保證正常鑽進、減少鑽井液維護工作和降低鑽井液處理劑消耗來看，降濾失劑也是鑽井液中不可缺少的一類處理劑。本發明所涉及的鑽井液降濾失劑即以天然產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。目前常用的鑽井液降濾失劑多是相對分子量適中的天然或合成聚合物，它們在降低鑽井液濾失量的同時，雖然滿足了現場需要，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等產品抗鹽性不足，磺化褐煤SMC雖可用於淡水鑽井液，並有一定的抗溫能力(在淡水鑽井液中的抗溫能力達到200 230°C )，但抗鹽能力不超過3% OO(TC),被鹽和鈣汙染後，鑽井液增粘，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。磺甲基酚醛樹脂 SMP是很好的抗高溫降濾失劑，有SMP-I和SMP-2兩種型號，但有起泡嚴重，提高鑽井液粘度的缺點，而且SMP-I必須與磺化褐煤SMC復配使用效果才明顯，SMP-2雖可用於飽和鹽水鑽井液，但必須將它與磺化褐煤SMC和磺化栲膠SMK復配使用才能發揮良好的作用。在抗高溫不飽和鹽水鑽井液中SMP-2可代替SMP-I，只是加量須要偏大，而SMP-I不可替代SMP-2 用於飽和鹽水鑽井液中。近年來石油勘探開發步伐加快，深井超深井數量大量增加，對處理劑的抗溫、抗鹽性能要求越來越高，所以研製新型抗高溫、抗鹽、廉價的降濾失劑對於提高勘探開發的進度與成功率，對於油氣井工程的井下安全、井壁穩定、油層保護甚至於環境保護及經濟效益均具有重大的理論和實際意義。

發明內容
本發明的目的是提供一種作為鑽井液處理劑使用的褐煤樹脂類抗溫抗鹽降濾失劑的製備方法。該降濾失劑的主要原料為褐煤，該製備方法是採用一步法不排渣的生產工藝路線，具有生產強度大，原料利用率高，不形成二次汙染，抗溫抗鹽性能好的優點，可廣泛的適用於淡水、鹽水汙染下的深井鑽探使用。一種鑽井液降濾失劑，其特徵是，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%；強鹼(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% ；聚丙烯醯胺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。本發明降濾失劑的製備方法，包括如下步驟(1)在反應釜中加入苯酚、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15-30分鐘。(2)步驟O)的產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% )，設定溫度為85-97°C，反應10分鐘。(3)待溫度升至85-97°C之間，加入水解聚丙烯腈鈉鹽，隨後加入水、強鹼和褐煤， 反應30分鐘。(4)加入聚丙烯醯胺及磺化劑(磺化劑總用量的25^%-55^%)，然後反應 1. 5-4小時，得到的料液經乾燥粉碎即得降濾失劑產品。本發明所述降濾失劑的應用，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。本發明降濾失劑適用於淡水泥漿和鹽水泥漿的降濾失作用。依據標準Q/ SH10201881-2008進行評價。將試驗用鈉土、水、無水碳酸鈉按8 100 0.25的比例高速 (10000轉/分)混合20min，在密閉養護M小時，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，其中一份於室溫下密閉養護16小時，高速攪拌5min，測定30min室溫中壓濾失量；另一份加入老化罐，於 180°C老化溫度下滾動16h，冷卻取出，高速攪拌5min，測定高溫老化後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，於180°C老化溫度下滾動 16h，冷卻取出，高速攪拌5min，分別測定老化後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，由於褐煤中的腐殖酸分子是由多環芳核與多種活性官能團構成，具有多種功能基團，分子的親水性、絡合能力以及吸附分散能力較強，所以為改性提供好的基礎，通過脲醛樹脂的改性，提高改性產物的抗溫、抗鹽能力，由於脲醛樹脂的存在使得改性產物在應用過程中沒有起泡現象，同時還具有很好的降粘性能，克服了酚醛樹脂改性產品起泡提粘的缺點，並且改性產物具有可生物降解性，是環保型材料，用作鑽井液處理劑的前景廣闊。
具體實施例方式以下實施實例是對本發明的進一步說明，但本發明並不局限於此。實施例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30min，後加入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(自製，參考文獻[1]，以下同)，反應5min 加入氫氧化鈉溶液OOOml蒸餾水，溶解12g氫氧化鈉)，隨後加入60g褐煤(腐植酸含量彡60% )，反應30分鐘，加入9g偏重亞硫酸鈉，Ig聚丙烯醯胺。反應2-3.證，取出冷卻，烘乾粉碎得到產品A。實施例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30min，後加入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後加入IOg水解聚丙烯腈鈉鹽(自製)，反應5min加入氫氧化鈉溶液QOOml 蒸餾水，溶解12g氫氧化鈉)，隨後加入60g褐煤(腐植酸含量> 60 % )，反應30分鐘，加入 9g偏重亞硫酸鈉，Ig聚丙烯醯胺。反應2-3.證，取出冷卻，烘乾粉碎得到產品B。實施例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30min，後加入12. 8g尿素，28ml甲醛，4g偏重亞硫酸鈉，開始升溫，升溫至90°C後加入IOg水解聚丙烯腈鈉鹽(自製)，反應5min加入氫氧化鈉溶液QOOml蒸餾水，溶解12g氫氧化鈉)，隨後加入60g褐煤(腐植酸含量> 60% )，反應30分鐘，加入9g 偏重亞硫酸鈉，Ig聚丙烯醯胺。反應2-3.證，取出冷卻，烘乾粉碎得到產品C。實施例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30min，後加入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後加入IOg水解聚丙烯腈鈉鹽(自製)，反應5min加入氫氧化鈉溶液QOOml 蒸餾水，溶解12g氫氧化鈉)，隨後加入60g褐煤(腐植酸含量> 60 % )，反應30分鐘，加入 9g偏重亞硫酸鈉，Ig聚丙烯醯胺。反應2-3.證，取出冷卻，烘乾粉碎得到產品D。實施例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30min，後加入16g尿素，35ml甲醛，5g偏重亞硫酸鈉，開始升溫，升溫至 90°C後加入7g水解聚丙烯腈鈉鹽(自製)，反應5min加入氫氧化鈉溶液QOOml蒸餾水，溶解12g氫氧化鈉)，隨後加入60g褐煤(腐植酸含量> 60% )，反應30分鐘，加入9g偏重亞硫酸鈉，Ig聚丙烯醯胺。反應2-3.證，取出冷卻，烘乾粉碎得到產品E。實施例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30min，後加入16g尿素，35ml甲醛，5g偏重亞硫酸鈉，開始升溫，升溫至 90°C後加入7g水解聚丙烯腈鈉鹽(自製)，反應5min加入氫氧化鈉溶液蒸餾水，溶解15g氫氧化鈉)，隨後加入80g褐煤(腐植酸含量> 60% )，反應30分鐘，加入IOg偏重亞硫酸鈉，Ig聚丙烯醯胺。反應2-3.證，取出冷卻，烘乾粉碎得到產品F。實施例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30min，後加入16g尿素，35ml甲醛，5g偏重亞硫酸鈉，開始升溫，升溫至 90°C後加入7g水解聚丙烯腈鈉鹽(自製)，反應5min加入氫氧化鈉溶液蒸餾水，溶解15g氫氧化鈉)，隨後加入80g褐煤(腐植酸含量> 60% )，反應30分鐘，加入9g偏重亞硫酸鈉，Ig聚丙烯醯胺。反應2-3.證，取出冷卻，烘乾粉碎得到產品G。實施例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30min，後加入16g尿素，35ml甲醛，5g偏重亞硫酸鈉，開始升溫，升溫至 90°C後加入7g水解聚丙烯腈鈉鹽，反應5min加入褐煤(腐植酸含量> 60% )鹼液(常溫下用5. 66 %，200ml的氫氧化鈉溶液溶解60g褐煤製得的褐煤鹼液)，反應30分鐘，加入9g 偏重亞硫酸鈉，Ig聚丙烯醯胺。反應3-4h，取出冷卻，烘乾粉碎得到產品H。實施例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30min，後加入16g尿素，35ml甲醛，5g偏重亞硫酸鈉，開始升溫，升溫至 90°C後加入4g水解聚丙烯腈鈉鹽，反應5min加入褐煤(腐植酸含量> 60% )鹼液(常溫下用5. 66 %，200ml的氫氧化鈉溶液溶解60g褐煤製得的褐煤鹼液)，反應30分鐘，加入9g 偏重亞硫酸鈉，Ig聚丙烯醯胺。反應3-4h，取出冷卻，烘乾粉碎得到產品I。實施例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30min，後加入16g尿素，35ml甲醛，5g偏重亞硫酸鈉，開始升溫，升溫至 90°C後加入7g水解聚丙烯腈鈉鹽，反應5min加入褐煤(腐植酸含量> 60% )鹼液(常溫下用5. 66 %，200ml的氫氧化鈉溶液溶解60g褐煤製得的褐煤鹼液)，反應30分鐘，加入9g 偏重亞硫酸鈉。反應3-4h，取出冷卻，烘乾粉碎得到產品J。上述樣品A K的4 %鹽水失量評價結果示於表1 (測試方法採用Q/ SH10201881-2008 標準，以下同)。表1.不同樣品濾失量對比
樣品ABCDEFGHIJ市售同類產品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的淡水漿評價結果示於表2。表2.不同樣品濾失量對比
權利要求
1.一種鑽井液降濾失劑，其特徵是，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% ；強鹼 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% ；聚丙烯醯胺0. 125% -0.5%，磺化劑 2% -7%，均為重量百分比。
2.如權利要求1所述的鑽井液降濾失劑，其特徵是，所述強鹼為Na0H，K0H—種或二者混合物。
3.如權利要求1所述的鑽井液降濾失劑，其特徵是，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.如權利要求1 3任一項所述的降濾失劑的製備方法，包括如下步驟(1)在反應釜中加入苯酚、甲醛及磺化劑，在55-70°C反應15-30分鐘。(2)步驟⑵的產物中加入尿素和甲醛及磺化劑，設定溫度為85-97°C，反應10分鐘。(3)待溫度升至85-97°C之間，加入水解聚丙烯腈鈉鹽，隨後加入水、強鹼和褐煤，反應 30分鐘。(4)加入聚丙烯醯胺及磺化劑，然後反應1.5-4小時，得到的料液經乾燥粉碎即得降濾失劑產品。
5.如權利要求1 3任一項所述的降濾失劑的應用，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
一種用於鑽井液的降濾失劑製備方法，以褐煤為主體原料，先製備磺化酚脲醛樹脂混合物，再與鹼液、褐煤反應，形成磺化酚脲醛樹脂改性的褐煤降濾失劑。各種不同反應物的加量按重量計褐煤用量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％；聚丙烯醯胺用量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C08G12/40GK102408882SQ20111030571
公開日2012年4月11日 申請日期2011年10月11日 優先權日2011年10月11日
發明者何躍超, 張文鬱, 班青, 胡範成, 鮑允紀 申請人:山東輕工業學院