[发明专利]一种褐煤树脂类钻井液降滤失剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种褐煤树脂类钻井液降滤失剂的制备方法，所制得的降滤失剂抗温耐盐，且有良好的降粘作用和防塌性能，适用于配制淡水、盐水钻井液体系，广泛用于深井和中深井钻探。

背景技术

褐煤中含20％～80％的腐殖酸，腐殖酸的相对分子质量为10²～10⁶，难溶于水，但可与碱发生反应，生成水溶性的腐殖酸盐。上世纪六十年代初人们就开始通过碱化、硝化或磺化来提高腐殖酸的水溶性和抗盐性，所生产的腐殖酸钠和腐殖酸钾耐温但不耐盐，有抑制页岩膨胀、分散的作用；硝基腐殖酸钠和磺甲基腐殖酸钠具有一定的抗温耐盐性，耐温达200℃、耐盐达3×10⁴mg·L^-1。

美国专利(US 3,956,140)报导了由苯酚、尿素、甲醛、亚硫酸盐、水杨酸、苯甲酸及苯二甲酸等合成的聚合物降滤失剂，但由于反应缩合过程难以控制、成本太高及抗温性差等缺点，这一产品最终没有得到广泛应用。中国专利(ZL85106524)报导了以磺甲基腐植酸钠、磺甲基酚醛树脂及水解聚丙烯腈为原料，经过褐煤抽提、排渣、浓缩、磺化及接枝一系列过程制得褐煤树脂钻井液降滤失剂，但由于原料利用率低、成本高、排渣造成二次污染等缺点，导致这一产品生产应用越来越少。中国专利(ZL99107925.6)报导了以腐殖酸活性中间体、水溶性聚丙烯腈铵盐复聚物和水溶性碳酰胺树脂为组成的褐煤树脂类降滤失剂，该降滤失剂具有抗温耐盐的优点，但存在生产工艺繁琐及在钻井液中易起泡等缺点。

到目前为止，尚没有见到通过碱化、磺化、络合、接枝交联等一系列反应，采取“一锅烩”简单生产工艺来全面提高褐煤树脂类降滤失剂在钻井液中综合性能(降滤失性、流变性、润滑性、防塌性等)的方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种褐煤树脂类钻井液降滤失剂的制备方法，使制得的降滤失剂能改善钻井液的流变性、润滑性和防塌性能，具有抗温耐盐、降粘防塌等综合性能。

本发明通过下列途径实现其目的：以水、褐煤、腈纶下脚料、聚醚多元醇、氢氧化钠、氢氧化钾、磺化剂(硫酸钠、亚硫酸氢钠、偏重亚硫酸钠中的一种或多种)、交联剂(硼酸、氯化铝、氯化铁、氯化锆中的一种或多种)和甲醛为原料，并将上述原料放入同一反应器中进行“一锅烩”，经碱化、磺化、络合、接枝交联等一系列化学反应，获得褐煤树脂类降滤失剂，具体如下：

1.原料：

水：48～50％；

褐煤：25～28％；

腈纶下脚料：10～12％；

聚醚多元醇：5～6％；

氢氧化钠：3～3.5％；

氢氧化钾：4～4.5％；

磺化剂(硫酸钠、亚硫酸氢钠、偏重亚硫酸钠中的一种或多种)：1～1.2％；

交联剂(硼酸、氯化铝、氯化铁、氯化锆中的一种或多种)：0.5～0.6％；

甲醛(质量分数为35％)：0.5～0.6％。

2.制备方法：

向反应器内依次加入上述原料之水、褐煤、腈纶下脚料、聚醚多元醇、氢氧化钠、氢氧化钾、磺化剂、交联剂、甲醛，搅拌30分钟，加热至120℃～140℃，恒温反应3小时～10小时，停止搅拌和加热，喷雾干燥得到的固体粉末产品即为褐煤树脂类降滤失剂。

原料在上述过程中，发生了碱化、水解、磺化、络合、接枝交联等化学反应。褐煤中的腐殖酸通过碱化反应变成腐殖酸钠NaC和腐殖酸钾KC；腈纶下脚料在碱性条件下水解生成水解聚丙烯腈盐，其反应如下：

体系中的某些分子通过磺化在分子链上某些部位引入磺化基团，进一步增强其抗温耐盐性，主要的代表性磺化反应如下：

体系中的硼酸交联溶液中带-OH的聚合物分子(褐煤、聚多元醇醚)，交联反应如下：

式中polymer是指分子链中含有-OH官能团的分子，相对分子质量为3.6×10³～5.2×10⁶。

体系中的氯化锆首先水解生成锆的多核羟桥络离子，锆的多核羟桥络离子能适当交联体系溶液中带-COOH或-COONa的聚合物分子(褐煤、腈纶下脚料的水解产物)。交联反应如下：

式中polymer是指分子链中含有-COOH或-COONa官能团的聚合物分子，相对分子质量为1.8×10³～7.6×10⁶。