[发明专利]一种水基钻井液降粘剂的合成法

说明书

本发明涉及一种钻井泥浆降粘剂的合成方法，它提供了一种新型油气井水基钻井液的铁铬木质素磺酸盐类降粘剂，属于高分子化工领域。

目前，国际国内在石油天然气井的钻探过程中，使用最多的泥浆降粘剂是铁铬木质素磺酸盐（简称铁铬盐）。如美国的U.S.Patent 2.935.476（1960）及U.SPatent 3035042（1962））文献中，前者是用氧化电位在-1.3以上的氧化剂氧化磺化木质素，后者是将磺化木质素用铁盐和重铬酸钠在PH2～5处理而得产品。又如Ztal，Patant 652.474（1963）文献中是将原料液以石灰水处理后，用硫酸酸化至PH为3.2，再用Fe₂（SO₄）₃和Cr（OH）SO₄处理。从已报导的各种由亚硫酸盐纸浆废液制取铁铬木质素磺酸盐的方法中，它们都是在强酸性介质中用重铬酸钠或重铬酸钾氧化经除糖后的亚硫酸盐纸浆废液（主要成份是木质素磺酸盐）。然后加入硫酸亚铁除去废液中的钙离子，所得的铁铬木质素磺酸盐基本上满足了油气井钻探的需要。但近年来随着油气井钻探深度的增加，井底温度升高（有时超过130℃）和泥浆密度增大（有的大于1.20），现在使用的铁铬盐由于降粘效果较差，远不能完全满足钻井工艺的要求。

本发明的目的在于避免上述现有技术的不足，而提供一种降粘效果更好的水基钻井液降粘剂的合成法。随着现代钻井技术的发展，油气井钻探向深部发展，对水基钻井液性能的要求越来越高。本发明在现有技术的基础上，大胆创新，改变合成条件和配方，从而提高合成产品的性能，以满足钻井泥浆的需要。

本发明所用的主要原料是亚硫酸盐纸浆废液经除糖后所得的木质素磺酸钙，每克木质素磺酸钙中含钙离子约3毫克当量。其制备方法是：先用重铬酸钠氧化木质素磺酸钙，然后加入硫酸亚铁和硫酸除去产品中的钙离子

本发明的主要特点是：在用重铬酸钠氧化之前，先用氢氧化钠溶液把木质素磺酸钙水溶液的PH值调至5～8之间。氢氧化钠的用量（以木质素磺酸钙重量计，后同）为0.5～3%，氢氧化钠最好的浓度为20～30%的水溶液加入，重铬酸钠（以Na₂Cr₂O₇.2H₂O计）用量为10～17%，最佳用量为13～15%，重铬酸钠最好配成0.3～0.4g.ml^-1的水溶液加入。氧化时温度控制在50～80℃之间。然后用硫酸亚铁和硫酸除去溶液中的钙离子。硫酸亚铁和硫酸可分步也可同时加入经氧化后的木质素磺酸钙溶液中，硫酸亚铁（以FeSO₄.7H₂O计）用量为10～20%，最佳用量为14～17%。硫酸用量与所加硫酸亚铁的多少有关，为了保证硫酸和硫酸亚铁的总化学当量略高于木质素磺酸钙中Ca²⁺的化学当量，硫酸用量应在8～11.6%之间。加入硫酸亚铁和硫酸之后，在50～80℃下保温20～60分钟。然后产物经过滤除去硫酸钙沉淀，滤液进行真空干燥或喷雾干燥即得产品铁铬木质素磺酸盐。

本发明产品与现有技术相比，具有下列优点：

1、本发明提供的降粘剂对淡水泥浆、盐水泥浆及饱和盐水泥浆的降粘、降切效果明显增强。

2、本钻井泥浆降粘剂抗温能力增强，在较高温度有良好的降粘、降切效果。

实施例1：称600克木质素磺酸钙溶于自由水中配成重量浓度为50%的水溶液，向该溶液中加入氢氧化钠1%（重量浓度为20%的氢氧化钠溶液26毫升）把溶液PH值调至5.1，升温至60℃。然后加入12.6%的重铬酸钠（每毫升含0.4克Na₂Cr₂O₇.2H₂O的水溶液190毫升），并在60～75℃范围内保温20分钟。另取15%的硫酸亚铁（90克FeSO₄.7H₂O）溶于9.6%的硫酸（96毫升12N硫酸）配成硫酸亚铁-硫酸溶液。将该混合液加入上述氧化反应后的木质素磺酸钙溶液中，并在60～75℃下保温30分钟。产物过滤除去硫酸钙沉淀，滤液（PH值＝3.9）在40～50℃下真空干燥，研磨即得产品-铁铬木质素磺酸盐，简称样1。