[发明专利]一种阳离子化磺甲基酚醛树脂降滤失剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于油田化学钻井液处理剂技术领域，具体涉及一种阳离子化磺甲基酚醛树脂降滤失剂及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展，人们生活水平的提高，对石油的使用量也越来越大，石油资源变得匮乏，为了满足人们的需求，现已将热点转向对深井和超深井油气的研究与开发。但受到开采技术的限制，如深井、超深井井下温度高、压力大，地层结构比较复杂，钻井过程中经常会遇到高压油气层和盐水层等，这些限制使得深部地层的油气资源不能较好的服务于人类。在这种情况下，人们对钻井完井液性能不稳定、滤失量过高等技术难题就难以解决，在钻井作业过程中会经常发生井下坍塌、卡钻等井下危险事故，给钻井工作造成极大的不便。因此，研究抗高温钻井液特别是对油田化学品降滤失剂的研制已成为一个急需解决的重要课题。

磺化酚醛树脂(SMP)是一种良好的降滤失剂，在我国钻井工作中起到非常重要的作用。钻井液中的磺化酚醛树脂主要依靠范德华力吸附在带负电荷的粘土颗粒表面，吸附热、吸附量小。但随着现阶段钻井深度的增加，井下温度越来越高，吸附作用随钻井液温度的升高而变得不稳定、易脱附，降滤失效果差。为了解决这一问题，人们在使用磺化酚醛树脂时会配合铬离子(Cr²⁺)，通过金属阳离子的络合作用，可使磺化酚醛树脂对粘土颗粒的吸附量得到显著的提升，从而提升了其抗高温性能。但是，引入重金属离子会对地层造成伤害，并且会严重污染环境，若不加入铬离子(Cr²⁺)，现场应用中，磺化酚醛树脂的使用量就会加大，这样会带来处理剂利用率低，造成原材料的极大浪费等诸多问题。

发明内容

本发明针对上述不足之处而提供的一种阳离子化磺甲基酚醛树脂降滤失剂及其制备方法，在制备过程中引入阳离子后提高了磺化酚醛树脂的吸附量、抗高温能力、抗饱和盐水能力，并且制备出的阳离子化磺甲基酚醛树脂降滤失剂均能满足各项钻井液性能指标。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种阳离子化磺甲基酚醛树脂降滤失剂，其制备方法包括以下步骤：

(1)阳离子单体的制备

将苯酚与二甲胺按摩尔比为1：1-1.5混合，搅拌下逐滴加入浓度为36％-40％甲醛溶液，滴加过程中控制反应体系温度不超过30℃，30min滴加完毕后反应1h，然后将反应体系在90-95℃下回流反应2h，最后冷却至室温，避光滴加碘甲烷溶液，室温反应1h；其中所添加的甲醛与苯酚的摩尔比为1-1.5:1，碘甲烷与苯酚的摩尔比为1-1.2:1，所用的二甲胺是浓度为33％的二甲胺溶液；

(2)磺甲基化剂的制备

称取等质量的焦亚硫酸钠和蒸馏水混合，搅拌下滴加浓度为36％-40％的甲醛溶液，滴加完毕后50-60℃恒温反应4h；其中甲醛与焦亚硫酸钠的摩尔比为1.5-2.5:1；

(3)两性离子型酚醛树脂的制备

将苯酚与步骤(2)中的磺甲基化剂按摩尔比为1:0.8-1.2混溶，用20％氢氧化钠水溶液将体系pH调至9-10，70℃反应40min后滴加浓度为36％-40％的甲醛溶液，继续反应20min，接着加入阳离子单体，95-100℃恒温反应2-3h，再补加浓度为36％-40％的甲醛溶液，95-100℃恒温反应30min，反应期间维持体系pH值为9-10，待反应产物变为红棕色透明溶液得阳离子化磺甲基酚醛树脂降滤失剂；其中，所添加苯酚与阳离子的摩尔比为10:1-2，苯酚与甲醛总量的摩尔比为1:1-2。

反应方程式为：

本发明提供的一种阳离子化磺甲基酚醛树脂降滤失剂及其制备方法，具有以下几种有益效果：

(1)降滤失剂的作用机理在高温下形成薄、韧、致密的泥饼，需要使聚合物分子与粘土颗粒间产生作用力，且这种作用力不易因温度的升高而受到破坏。由于粘土颗粒带负电，本发明提供的新型阳离子化磺甲基酚醛树脂降滤失剂，即保留了SMP的优点，同时又引入了阳离子，通过正负电荷的静电引力作用增强吸附能力，最终提升高温钻井液的性能，降低钻井液材料的成本。

(2)本发明提供的阳离子化磺甲基酚醛树脂降滤失剂对粘土的吸附量高达28.9-35mg/g土，浊点盐度(以Cl^-1计)>标准的浊点盐度值160g/L，动力粘度为134-163mpa·s，高温高压将滤失量(FL_HTHP)为19-25mL，明显优于SMP产品。

附图说明

图1为阳离子单体结构的核磁氢谱(H-NMR)；