CN101602938B - 一种纤维素基钻井液降滤失剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纤维素基钻井液降滤失剂的制备方法，所制得的降滤失剂适用于配制淡水、盐水钻井液体系。该制备方法是在一定温度下，向有机溶剂中加入氢氧化钠/氢氧化钾混合物的水溶液，然后加入纤维素，进行活化反应；其中纤维素与有机溶剂质量比为1∶8～15，有机溶剂是异丙醇、乙醇、异丙醇/乙醇、丙酮、甲苯、乙醇/甲苯、异丙醇/甲苯、异丁醇中的一种；有机溶剂的质量浓度不小于80％；氢氧化钠与氢氧化钾的质量比为1～800∶1；纤维素与水的质量比为1∶1.23～6.5；纤维素与碱金属氢氧化物的质量比为1∶0.53～1.43，碱化时间0.5～3.0小时。碱化反应结束后加入醚化剂进行醚化反应，然后进行中和、洗涤，最后放入真空烘箱中于80℃下烘干，防潮保存。

Description

一种纤维素基钻井液降滤失剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型纤维素基钻井液降滤失剂的制备方法，所制得的降滤失剂抗温耐盐，适用于配制淡水、盐水钻井液体系。

背景技术

降滤失剂是用以保证钻井液性能稳定，减少有害液体向地层滤失，以及稳定井壁、保证井径规则的重要钻井液处理剂。

钻井液分为油基钻井液和水基钻井液。随着人们环保意识的加强，水基钻井液因污染小而成为主流。相应地，钻井液降滤失剂也分为水溶性和油溶性而用于不同钻井液中。水溶性降滤失剂主要分为四类：天然及改性天然高分子类、合成聚合物类、利用工业废料和化工副产品制备的降滤失剂以及合成树脂类。

纤维素类降滤失剂属于改性天然高分子类降滤失剂，具有来源丰富、可生物降解、污染小的特点。其中最具有代表性的是羧甲基纤维素钠(CMC)和聚阴离子纤维素（PAC），它们是迄今为止用量最大，用途最广泛的钻井液降滤失剂之一。

随着石油勘探开发向深部地层和海上发展，钻遇地层条件日趋复杂，井的深度也在增加，因此对钻井液的高温性能提出了越来越高的要求，对降滤失剂的要求也随之升高。国内的CMC和PAC生产厂家有一百多家，年产量10万吨左右，大多只能满足钻井液的常温性能要求，而对于钻井液的高温性能要求则几乎没有产品能够满足。因此，国内海上钻井或其它地层条件复杂的钻井只能采用价格高昂的其它降滤失剂。

张连生等（精细石油化工，1987，1：3～11）曾以CMC为骨架用混合稀土高价硝酸盐引发AM进行自由基接枝聚合得到CMC-PAM梳型共聚物，经水解处理和经甲基化反应制得聚N-羟甲基丙烯酞胺一丙烯酸钠接枝羧甲基纤维素，作为钻井液处理剂有良好的综合性能，增粘和降滤失能力明显优于聚阴离子纤维素，由于降解后的产物具有足够的分子量，在淡水钻井液中经165℃高温后仍保持良好的降滤失性能。但是过程复杂，成本高，并没有得到推广应用。

本发明以纤维素为原料，采用目前工业上普遍采用的制备纤维素羧甲基钠的方法，无须改变设备和工艺，即可制备降滤失性能优异、可用于淡水和盐水钻井液的新型纤维素基降滤失剂。该降滤失剂可以成为CMC和PAC的替代产品。

发明内容

本发明的目的是为了提高纤维素基降滤失剂在盐水钻井液中的降滤失性能而提出的一种的纤维素基钻井液降滤失剂及制备方法。本发明在纤维素碱化过程中采用混合碱金属氢氧化物为碱化试剂，氯乙酸为醚化剂，利用现有的羧甲基纤维素钠生产设备和工艺制备纤维素基降滤失剂及方法。该降滤失剂在淡水和盐水钻井液中有优异的降滤失性能。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的一种纤维素基钻井液降滤失剂，其结构如下：

R=H，CH₂COONa或CH₂COOK

$0.8\≤{\mathrm{DS}}_{{\mathrm{CH}}_2\mathrm{COONa}}+{\mathrm{DS}}_{{\mathrm{CH}}_2\mathrm{COOK}}\≤3.0,$ ${\mathrm{DS}}_{{\mathrm{CH}}_2\mathrm{COONa}}/{\mathrm{DS}}_{{\mathrm{CH}}_2\mathrm{COOK}}=1/0.0007~0.62$

本发明的一种纤维素基钻井液降滤失剂的制备方法，具体步骤为:

步骤一、纤维素的碱化

在10～25℃温度下，向有机溶剂中加入氢氧化钠与氢氧化钾混合物的水溶液，然后加入纤维素，于5～35℃下进行活化反应；有机溶剂的质量浓度不小于80%；氢氧化钠与氢氧化钾的质量比为1～800:1；纤维素与水的质量比为1:1.23～6.5；纤维素与氢氧化钠与氢氧化钾的混合物的质量比为1:0.53～1.43，碱化时间0.5～3.0小时；

步骤二、醚化反应

碱化反应结束后加入醚化剂，反应温度为45～80℃，反应时间30～180分钟；其中所用醚化剂为质量浓度40%～60%的氯乙酸/有机溶剂的混合溶液；纤维素与作为醚化剂的氯乙酸的质量比为1:0.7～1.52。

步骤三、中和反应

醚化反应结束后，加入中和试剂进行中和反应；所使用的中和试剂为盐酸与有机溶剂或

冰醋酸与有机溶剂混合体系。

步骤四、洗涤、干燥

反应结束后将反应物放入离心机离心，然后进行洗涤、离心，最后放入真空烘箱中于80℃下烘干，防潮保存。

步骤一中所述纤维素与有机溶剂质量比为1:8～15。

步骤一中所述有机溶剂是异丙醇、乙醇、异丙醇与乙醇的混合溶液、丙酮、甲苯、乙醇与甲苯的混合溶液、异丙醇与甲苯的混合溶液、异丁醇中的一种。

本发明的发明点为：

1）纤维素碱化过程中，碱化试剂是氢氧化钠与氢氧化钾的混合物；

2）产物的纤维素骨架上同时含有羧甲基钠和羧甲基钾；

3）产物用于淡水、盐水钻井液，均有优异的降滤失性能。当其用量为0.5%（质量）时，可使盐水钻井液经120℃滚动老化16h，API失水量仅为15mL；

4）可以直接利用现有的羧甲基纤维素钠生产设备和工艺制备该纤维素基降滤失剂，无须进行生产线改造或添加设备。

具体实施例

以下根据实施例详细地说明本发明，但本发明并不限定于实施例。

实施例1：

在搅拌条件下，将39.96份氢氧化钠和0.08份氢氧化钾加入到1080份质量浓度为85%的异丙醇与水的溶液中，然后加入棉纤维素75份，于20℃下反应60分钟；加入90份含有50%氯乙酸的氯乙酸与异丙醇的混合溶液，升温至60℃反应150分钟；反应结束后，将反应体系冷却至30℃，用冰醋酸与异丙醇的溶液中和，然后进行洗涤，离心，干燥；防潮保存。

国家标准GB/T5005-2001关于降滤失剂的指标要求只规定了常温性能，大多CMC产品均能满足，但是该标准难以满足现代钻井液对降滤失剂的要求。相对而言，中海油田服务股份有限公司企业标准Q/HS YF 041-2006对纤维素基降滤失剂的要求严格，国内多数纤维素基降滤失剂难以达到其要求。本降滤失剂的降滤失性能采用中海油田服务股份有限公司企业标准Q/HS YF 041-2006对其高温性能进行测试。具体如下：

基浆配制：量取400mL蒸馏水置于浆杯中，加入16g NaCl、40g KCl，低速（3000r/min）搅拌10min使无机盐溶解。然后在搅拌下加入40g评价土，用NaOH溶液调节pH=10，再低速搅拌30min。

高温性能测试：分别量取400mL基浆两份，在高速搅拌的条件下分别缓慢加入0.5%、1.0%纤维素基降滤失剂试样，高速搅拌20min，其间中断两次，将器壁上的粘附物刮回浆杯中，然后室温下密闭养护16h。用NaOH溶液调节pH=10，再将其低速搅拌20min，装入老化罐，放入滚子加热炉中，在120℃下恒温滚动16h，取出冷却至室温，低速搅拌5min，按SY/T5621的规定测其表观粘度及API滤失量。

中海油田服务股份有限公司企业标准Q/HS YF 041-2006指标要求：

实施例结果见表1。

实施例2：

在搅拌条件下，将22份氢氧化钠和20份氢氧化钾加入到780份质量浓度为90%的丙酮与水的溶液中，然后加入聚合度为936的棉纤维素60份，于25℃下反应100分钟，加入70份含有55%氯乙酸的氯乙酸与丙酮的混合溶液，升温至45℃反应200分钟；反应结束后，将反应体系冷却至25℃，用盐酸中和，然后进行洗涤，离心，干燥；防潮保存。

测试方法同实施例1。结果见表1。

实施例3：

在搅拌条件下，将56份氢氧化钠和2.8份氢氧化钾加入到950份质量浓度为90%的异丙醇与乙醇的溶液中，然后加入木纤维素95份，于30℃下反应90分钟，加入103份含有58%氯乙酸的氯乙酸与异丙醇与乙醇混合溶液，升温至75℃反应80分钟；反应结束后，将反应体系冷却至35℃，用冰醋酸与乙醇的溶液中和，然后进行洗涤，离心，干燥；防潮保存。

测试方法同实施例1。结果见表1。

实施例4：

在搅拌条件下，将48份氢氧化钠和0.96份氢氧化钾加入到950份质量浓度为85%的异丙醇溶液中，然后加入木纤维素70份，于30℃下反应90分钟，加入90份含有58%氯乙酸的氯乙酸与异丙醇的溶液，升温至70℃反应120分钟；反应结束后，将反应体系冷却至35℃，用冰醋酸与乙醇的溶液中和，然后进行洗涤，离心，干燥；防潮保存。

测试方法同实施例1。结果见表1。

实施例5：

在搅拌条件下，将60份氢氧化钠和0.7份氢氧化钾加入到1125份质量浓度为85%的异丙醇溶液中，然后加入木纤维素75份，于20℃下反应90分钟，加入113份含有58%氯乙酸的氯乙酸与异丙醇的溶液，升温至75℃反应80分钟；反应结束后，将反应体系冷却至35℃，用冰醋酸与乙醇的溶液中和，然后进行洗涤，离心，干燥；防潮保存。

测试方法同实施例1。结果见表1。

实施例6：

在搅拌条件下，将47份氢氧化钠和0.16份氢氧化钾加入到900份质量浓度为85%的异丙醇与乙醇的溶液中，然后加入木纤维素80份，于30℃下反应90分钟，加入92份含有56%氯乙酸的氯乙酸与异丙醇的溶液，升温至75℃反应80分钟；反应结束后，将反应体系冷却至35℃，用冰醋酸与乙醇的溶液中和，然后进行洗涤，离心，干燥；防潮保存。

测试方法同实施例1。结果见表1。

表1

Claims (2)

1.一种纤维素基钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

步骤一、纤维素的碱化

在10~25℃温度下，向有机溶剂中加入氢氧化钠与氢氧化钾混合物的水溶液，然后加入纤维素，于5~35℃下进行活化反应；有机溶剂的质量浓度不小于80%；氢氧化钠与氢氧化钾的质量比为1~800:1；纤维素与水的质量比为1:1.23~6.5；纤维素与氢氧化钠与氢氧化钾的混合物的质量比为1:0.53~1.43；碱化时间0.5~3.0小时；

步骤二、醚化反应

碱化反应结束后加入醚化剂，反应温度为45~80℃，反应时间30～180分钟；其中所用醚化剂为质量浓度40%~60%的氯乙酸/有机溶剂的混合溶液；纤维素与作为醚化剂的氯乙酸的质量比为1:0.7~1.52；

步骤三、中和反应

醚化反应结束后，加入中和试剂进行中和反应；所使用的中和试剂为盐酸与有机溶剂或冰醋酸与有机溶剂混合体系；

步骤四、洗涤、干燥

反应结束后将反应物放入离心机离心，然后进行洗涤、离心，最后放入真空烘箱中于80℃下烘干，防潮保存；

其中，所述有机溶剂是异丙醇、乙醇、异丙醇与乙醇的混合溶液、丙酮、甲苯、乙醇与甲苯的混合溶液、异丙醇与甲苯的混合溶液、异丁醇中的一种。

2.根据权利要求1所述的一种纤维素基钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于：步骤一中所述纤维素与有机溶剂质量比为1:8~15。