[发明专利]磺化丙酮-甲醛缩聚物的制造方法

说明书

本发明提供一种有机高分子化合物，磺化丙酮-甲醛缩聚物的制造方法，涉及石油、天然气钻探固井过程中的水泥浆减水剂技术领域。

减水剂又称为减阻剂分散剂，是重要的油井水泥外加剂，它能有效地改善水泥浆的流动性，提高泵送效率，保证固井作业顺利进行。通常用的油井水泥减水剂是木质素磺酸盐和荼磺酸甲醛缩聚物，这些减水剂局限性大，如木质素磺酸盐类起泡严重，不抗高温，荼磺酸甲醛缩聚物虽有比木质素磺酸盐的减阻效果好，但仍存在着抗温性能差的问题，且自身有毒，不易维护，污染环境。随着石油工业的发展，中深井，超深井增加很快，井底温度高，井下条件复杂，使固井工作的难度越来越大，对固井作业的原材料及工艺提出更高的要求，因而对油井水泥的减水剂的抗温及其他性能同时也应当满足其要求。近年来国内外为寻求一种抗高温的减阻剂进行了大量的研究工作，如EP0163459和DE3429068以及《油田化学》1990.7.No2.第129-133页等均介绍了磺化丙酮-甲醛缩聚物是一种抗温性能好的油井水泥减阻剂，但是该缩聚物制造方法和成本方面都存在一定问题。

以前制备磺化丙酮-甲醛缩聚物是采取将丙酮、甲醛和亚硫酸氢钠按如下配比：丙酮∶甲醛∶亚硫酸氢钠＝6∶3∶1加入反应瓶中，在KOH和NaOH等强碱的作用下，发生缩聚反应，通过控制碱液的加入速度来控制反应的进行。上述方法在加碱过程中，由于开始反应混合物中碱的浓度低，反应进行较慢，而当碱浓度超过一定值时，一般是NaOH的组份超过0.15摩尔时，反应即迅速加快，反应热很难及时散发，反应物体内温度急剧上升，使原料挥发严重，很容易出现部料现象，不易掌握和控制，工业上生产不易控制产品的质量，而不适于工业化生产。

本发明的目的在于通过改变制造磺化丙酮-甲醛缩聚物生产过程中的加料方式和加适当的催化剂来改进以往的生产方法，以达到更适用于工业生产。

本发明是这样实现的;按甲醛0.8-1.10摩尔，丙酮0.35-0.60摩尔，亚硫酸钠0.10-0.15摩尔，焦亚硫酸钠0.085-0.15摩尔，和2-4摩尔的水的配料。先将亚硫酸钠水解并搅拌升温至50-60℃，再将甲醛、丙酮和焦亚硫酸钠的混合液分批加入到已升温为50-60℃的亚硫酸钠水溶液中，甲醛、丙酮和焦亚硫酸钠在进行缩聚反应前已开始预反应，即已有部分甲醛和焦亚硫酸钠反应转化为羟甲基磺酸钠，同时释放出部分热量，使整个反应平稳。在进行反应过程中要严格控制甲醛、丙酮和焦亚硫酸钠混合液的加入速度，以使整个反应体系的温度不大于70℃为准，同时为了使反应热能及时散发，也可以用冷却水冷却。混合液加完需20-70分钟的时间，当混合液加完后在50-70℃下反应0.5-3小时，随后再在80-120℃下反应1-3小时，降至25-30℃后，由甲醛氧化生成的甲酸（HCOOH），将整个反应体系中和至P_H值为7-9，然后在100-150℃下用0-300℃烘箱烘干并用研钵磨细便制得磺化丙酮-甲醛缩聚物成品。由副反应甲醛氧化生成甲酸及用甲酸中和均要产生甲酸钠是一种有效成份。

本发明的特点是：上述反应制备磺化丙酮-甲醛缩聚物，对石油钻井固井工艺中水泥浆有较好的降失水及分散作用，是合格的水泥浆减阻剂。主要特点是本缩聚物在制造过程中，靠亚硫酸钠水解产生的碱作缩聚反应的催化剂，因而免去外加强碱KOH和NaOH作催化剂，第二是整个反应平稳是通过调整亚硫酸钠的用量控制和调整整个反应体系的碱度，从而控制缩聚反应的程度。

本发明所提供的技术与以往的技术相比有如下优点：1、反应通过在一定的时间范围分步添加甲醛、丙酮和焦亚硫酸钠的混合液来控制反应速度，靠亚硫酸钠水解产生的碱作缩聚反应的催化剂，不仅反应平稳，且易于控制;2、无需外加NaOH和KOH之类的强碱作催化剂，同时反应过程中，原材料挥发较少，因而降低了生产成本，适合于工业化的生产;3、该产品经实验室测试及现场试验，是较好的水泥浆外加剂。

现举两组五个室内实验的实例对本发明作进一步的描述：

实施例1