一種陽(yáng)離子化磺甲基酚醛樹(shù)脂降濾失劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油田化學(xué)鉆井液處理劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種陽(yáng)離子化磺甲基酚醛 樹(shù)脂降濾失劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，對(duì)石油的使用量也越來(lái)越大，石油資源變 得匱乏，為了滿(mǎn)足人們的需求，現(xiàn)已將熱點(diǎn)轉(zhuǎn)向?qū)ι罹统罹蜌獾难芯颗c開(kāi)發(fā)。但受 到開(kāi)采技術(shù)的限制，如深井、超深井井下溫度高、壓力大，地層結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，鉆井過(guò)程中經(jīng) 常會(huì)遇到高壓油氣層和鹽水層等，這些限制使得深部地層的油氣資源不能較好的服務(wù)于人 類(lèi)。在這種情況下，人們對(duì)鉆井完井液性能不穩(wěn)定、濾失量過(guò)高等技術(shù)難題就難以解決，在 鉆井作業(yè)過(guò)程中會(huì)經(jīng)常發(fā)生井下坍塌、卡鉆等井下危險(xiǎn)事故，給鉆井工作造成極大的不便。 因此，研究抗高溫鉆井液特別是對(duì)油田化學(xué)品降濾失劑的研制已成為一個(gè)急需解決的重要 課題。
[0003] 磺化酚醛樹(shù)脂（SMP)是一種良好的降濾失劑，在我國(guó)鉆井工作中起到非常重要的 作用。鉆井液中的磺化酚醛樹(shù)脂主要依靠范德華力吸附在帶負(fù)電荷的粘土顆粒表面，吸附 熱、吸附量小。但隨著現(xiàn)階段鉆井深度的增加，井下溫度越來(lái)越高，吸附作用隨鉆井液溫度 的升高而變得不穩(wěn)定、易脫附，降濾失效果差。為了解決這一問(wèn)題，人們?cè)谑褂没腔尤?shù) 脂時(shí)會(huì)配合鉻離子（Cr2+)，通過(guò)金屬陽(yáng)離子的絡(luò)合作用，可使磺化酚醛樹(shù)脂對(duì)粘土顆粒的吸 附量得到顯著的提升，從而提升了其抗高溫性能。但是，引入重金屬離子會(huì)對(duì)地層造成傷 害，并且會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，若不加入鉻離子（Cr2+)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，磺化酚醛樹(shù)脂的使用量就會(huì) 加大，這樣會(huì)帶來(lái)處理劑利用率低，造成原材料的極大浪費(fèi)等諸多問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)上述不足之處而提供的一種陽(yáng)離子化磺甲基酚醛樹(shù)脂降濾失劑及其 制備方法，在制備過(guò)程中引入陽(yáng)離子后提高了磺化酚醛樹(shù)脂的吸附量、抗高溫能力、抗飽 和鹽水能力，并且制備出的陽(yáng)離子化磺甲基酚醛樹(shù)脂降濾失劑均能滿(mǎn)足各項(xiàng)鉆井液性能指 標(biāo)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種陽(yáng)離子化磺甲基酚醛樹(shù)脂降濾失劑，其制備方法包括以下步驟：
[0007] (1)陽(yáng)離子單體的制備
[0008] 將苯酚與二甲胺按摩爾比為1 :1-1. 5混合，攪拌下逐滴加入濃度為36% -40 %甲 醛溶液，滴加過(guò)程中控制反應(yīng)體系溫度不超過(guò)30°C，30min滴加完畢后反應(yīng)lh，然后將反應(yīng) 體系在90-95°C下回流反應(yīng)2h，最后冷卻至室溫，避光滴加碘甲烷溶液，室溫反應(yīng)lh;其中 所添加的甲醛與苯酚的摩爾比為1-1. 5:1，碘甲烷與苯酚的摩爾比為1-1. 2:1，所用的二甲 胺是濃度為33%的二甲胺溶液；
[0009] (2)磺甲基化劑的制備
[0010] 稱(chēng)取等質(zhì)量的焦亞硫酸鈉和蒸餾水混合，攪拌下滴加濃度為36% -40%的甲醛溶 液，滴加完畢后50-60°C恒溫反應(yīng)4h;其中甲醛與焦亞硫酸鈉的摩爾比為1. 5-2. 5:1 ;
[0011] (3)兩性離子型酚醛樹(shù)脂的制備
[0012] 將苯酚與步驟（2)中的磺甲基化劑按摩爾比為1:0. 8-1. 2混溶，用20%氫氧化鈉 水溶液將體系pH調(diào)至9-10, 70°C反應(yīng)40min后滴加濃度為36 % -40 %的甲醛溶液，繼續(xù) 反應(yīng)20min，接著加入陽(yáng)離子單體，95-100°C恒溫反應(yīng)2-3h，再補(bǔ)加濃度為36% -40%的甲 醛溶液，95-100°C恒溫反應(yīng)30min，反應(yīng)期間維持體系pH值為9-10,待反應(yīng)產(chǎn)物變?yōu)榧t棕 色透明溶液得陽(yáng)離子化磺甲基酚醛樹(shù)脂降濾失劑；其中，所添加苯酚與陽(yáng)離子的摩爾比為 10:1-2,苯酚與甲醛總量的摩爾比為1:1-2。
[0013] 反應(yīng)方程式為：
[0014]
[0015] 本發(fā)明提供的一種陽(yáng)離子化磺甲基酚醛樹(shù)脂降濾失劑及其制備方法，具有以下幾 種有益效果：
[0016] (1)降濾失劑的作用機(jī)理在高溫下形成薄、韌、致密的泥餅，需要使聚合物分子與 粘土顆粒間產(chǎn)生作用力，且這種作用力不易因溫度的升高而受到破壞。由于粘土顆粒帶負(fù) 電，本發(fā)明提供的新型陽(yáng)離子化磺甲基酚醛樹(shù)脂降濾失劑，即保留了SMP的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又引 入了陽(yáng)離子，通過(guò)正負(fù)電荷的靜電引力作用增強(qiáng)吸附能力，最終提升高溫鉆井液的性能，降 低鉆井液材料的成本。
[0017] (2)本發(fā)明提供的陽(yáng)離子化磺甲基酚醛樹(shù)脂降濾失劑對(duì)粘土的吸附量高 達(dá)28. 9-35mg/g土，濁點(diǎn)鹽度（以C1 1計(jì)）> 標(biāo)準(zhǔn)的濁點(diǎn)鹽度值160g/L，動(dòng)力粘度為 134-163mpa?s，高溫高壓將濾失量（FLHTHP)為19-25mL，明顯優(yōu)于SMP產(chǎn)品。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為陽(yáng)離子單體結(jié)構(gòu)的核磁氫譜（H-NMR);
[0019] 其中化學(xué)位移7-8間的兩組峰分別代表陽(yáng)離子單體中酚羥基鄰、間位上4個(gè)H的 吸收峰，峰1為陽(yáng)離子單體中酚羥基鄰位上H的吸收峰，峰2為陽(yáng)離子單體中酚羥基間位上 H的吸收峰；
[0020] 化學(xué)位移4. 4-4. 6間的吸收峰代表陽(yáng)離子單體中苯環(huán)與季銨鹽陽(yáng)離子間亞甲基 上H的吸收峰，見(jiàn)峰3 ;化學(xué)位移3. 0-3. 4間的吸收峰代表陽(yáng)離子單體中季銨鹽上三個(gè)甲基 H的吸收峰，見(jiàn)峰4。
[0021] 圖2為磺甲基酚醛樹(shù)脂及本發(fā)明陽(yáng)離子化磺甲基酚醛樹(shù)脂的紅外光譜圖，其中A 曲線為磺甲基酚醛樹(shù)脂，B曲線為本發(fā)明陽(yáng)離子化磺甲基酚醛樹(shù)脂。
【具體實(shí)施方式】[0022] 實(shí)施例1
[0023] -種陽(yáng)離子化磺甲基酚醛樹(shù)脂降濾失劑，其制備方法包括以下步驟：
[0024] (1)陽(yáng)離子單體的制備
[0025] 取10. 8g苯酚和20. 8g濃度為33%的二甲胺溶液在20°C下混合，攪拌下逐滴加入 36% -40%甲醛溶液10.lg，滴加過(guò)程中控制反應(yīng)體系溫度不超過(guò)30°C，30min滴加完畢后 反應(yīng)lh，然后將反應(yīng)體系在90-95°C下回流反應(yīng)2h，最后冷卻至室溫，避光滴加7. 5mL碘甲 烷溶液，室溫反應(yīng)lh;
[0026] (2)磺甲基化劑的制備
[0027] 將26. 5g焦亞硫酸鈉與26. 5g蒸餾水混合，攪拌下滴加21. 2g濃度為36% -40% 的甲醛溶液，滴加完畢后將水浴升溫至50°C，恒溫反應(yīng)4h，因?yàn)榉磻?yīng)放熱，因此甲醛要逐漸 滴加，不可一次性加入；
[0028] (3)兩性離子型酚醛樹(shù)酯的合成
[0029] 將25.2g熔融狀態(tài)下的苯酚加入步驟⑵制備得的磺甲基化劑中，用20%氫氧化 鈉水溶液將體系pH調(diào)至9, 70°C下反應(yīng)40min后滴加17.6g濃度為36 %-40%的甲醛溶 液，繼續(xù)反應(yīng)20min，接著加入步驟（1)制備的陽(yáng)離子單體，將水浴溫度升至97°C，恒溫反應(yīng) 2. 5h，隨后向體系補(bǔ)加12. 5g濃度為36%-40%的甲醛溶液，恒溫反應(yīng)30min，反應(yīng)期間維持 體系pH值為9,待反應(yīng)產(chǎn)物變?yōu)榧t棕色透明溶液得陽(yáng)離子化磺甲基酚醛樹(shù)脂降濾失劑。
[0030] 實(shí)施例2
[0031] -種陽(yáng)離子化磺甲基酚醛樹(shù)脂降濾失劑，其制備方法包括以下步驟：
[0032](1)陽(yáng)離子化試劑的制備
[0033] 取16. 2g苯酚和31. 2g濃度為33%的二甲胺溶液在20°C下混合，攪拌下逐滴加入 36% -40%甲醛溶液15. 0g，滴加過(guò)程中控制反應(yīng)體系溫度不超過(guò)30°C，30min滴加完畢后 反應(yīng)lh，然后將反應(yīng)體系在90-95°C下回流反應(yīng)2h，最后冷卻至室溫，避光滴加11. 3mL碘甲 烷溶液，室溫反應(yīng)lh;
[0034] (2)磺甲基化劑的制備
[0035] 將26. 5g焦亞硫酸鈉與26. 5g蒸餾水混合，攪拌下滴加21. 2g濃度為36% -40% 的甲醛溶液，滴加完畢后將水浴升溫至50°C，恒溫反應(yīng)4h，因?yàn)榉磻?yīng)放熱，因此甲醛要逐漸 滴加，不可一次性加入；
[0036] (3)兩性離子型酚醛樹(shù)酯的合成
[0037] 將25. 2g熔融狀態(tài)下的苯酚加入步驟（2)制備得的磺甲基化劑中，用20%氫氧化 鈉水溶液將體系pH調(diào)至9, 70°C下反應(yīng)40min后滴加17. 6g濃度為36 % -40 %的甲醛溶 液，繼續(xù)反應(yīng)20min，接著加入步驟（1)制備的陽(yáng)離子單體，將水浴溫度升至97°C，恒溫反應(yīng) 2. 5h，隨后向體系補(bǔ)加12. 5g濃度為36% -40%的甲醛溶液，恒溫反應(yīng)30min，反應(yīng)期間維持 體系pH值為9,待反應(yīng)產(chǎn)物變?yōu)榧t棕色透明溶液得陽(yáng)離子化磺甲基酚醛樹(shù)脂降濾失劑。
[0038] 實(shí)施例3
[0039] -種陽(yáng)離子化磺甲基酚醛樹(shù)脂降濾失劑，其制備方法包括以下步驟：
[0040] (1)陽(yáng)離子化試劑的制備
[0041] 取7. 6g苯酚和14. 6g濃度為33%的二甲胺溶液在20°C下混合，攪拌下逐滴加入 36% -40%甲醛溶液7. 0g，滴加過(guò)程中控制反應(yīng)體系溫度不超過(guò)30°C，30min滴加完畢后反 應(yīng)lh，然后將反應(yīng)體系在90-95°C下回流反應(yīng)2h，最后冷卻至室溫，避光滴加5. 3mL碘甲烷 溶液，室溫反應(yīng)lh;
[0042] (2)磺甲基化劑的制備
[0043] 將26. 5g焦亞硫酸鈉與26. 5g蒸餾水混合，攪拌下滴加21. 2g濃度為36% -40% 的甲醛溶液，滴加完畢后將水浴升溫至50°C，恒溫反應(yīng)4h，因?yàn)榉磻?yīng)放熱，因此甲醛要逐漸 滴加，不可一次性加入；
[0044] (3)兩性離子型酚醛樹(shù)酯的合成
[0045] 將25. 2g熔融狀態(tài)下的苯酚加入步驟（2)制備得的磺甲基化劑中，用20%氫氧化 鈉水溶液將體系pH調(diào)至9, 70°C下反應(yīng)40min后滴加17. 6g濃度為36 % -40 %的甲醛溶 液，繼續(xù)反應(yīng)20min，接著加入步驟（1)制備的陽(yáng)離子單體，將水浴溫度升至97°C，恒溫反應(yīng) 2. 5h，隨后向體系補(bǔ)加12. 5g濃度為36% -40%的甲醛溶液，恒溫反應(yīng)30min，反應(yīng)期間維持 體系pH值為9,待反應(yīng)產(chǎn)物變?yōu)榧t棕色透明溶液得陽(yáng)離子化磺甲基酚醛樹(shù)脂降濾失劑。
[0046] 實(shí)驗(yàn)例1測(cè)定新型陽(yáng)離子化磺甲基酚醛樹(shù)脂降濾失劑的特征官能團(tuán)
[0047] 通過(guò)核磁氫譜（H-NMR)表征了陽(yáng)離子單體的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，H譜中1、2、3、4位 的吸收峰分別代表陽(yáng)離子單體中四種環(huán)境的H原子，驗(yàn)證了目標(biāo)陽(yáng)離子單體的存在。
[0048] 采用紅外光譜法對(duì)磺甲基酚醛樹(shù)脂及新型陽(yáng)離子化磺甲