CN104892955A - 钻井液用木质素磺酸盐及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钻井液用木质素磺酸盐及其制备方法，通过将由糖液制备得到的木质素磺酸钠与络合剂混合反应得到，其中，通过选择特定的木质素磺酸盐中的钠盐，且以糖液制备的木质素磺酸钠为起始原料，使得制备得到的钻井液用木质素磺酸盐在常温和高温均具有很好的泥浆性能并且制备过程中无有害废渣产生。

Description

钻井液用木质素磺酸盐及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钻井液用木质素磺酸盐及其制备方法。

背景技术

钻井液用木质素磺酸盐是一种常用的钻井泥浆稀释剂，传统的制备方法是通过将造纸废液木质素磺酸钙与硫酸亚铁、硫酸和重铬酸钠混合制备得到；但是，通过该钻井液用木质素磺酸盐制备方法会生成硫酸钙废渣并且该废渣中有一定数量的铬离子残留，这样的残渣难以得到应用，会造成环境污染。；因此，寻求一种高温条件下泥浆性能好的钻井液用木质素磺酸盐并且制备过程中无有害废渣产生是目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种钻井液用木质素磺酸盐，本发明提供的钻井液用木质素磺酸盐不仅盐水常温具有很好的泥浆性能，而且盐水高温也具有很好的泥浆性能，且其制备过程中无有害废渣产生。

本发明提供了一种钻井液用木质素磺酸盐，通过将由糖液制备得到的木质素磺酸钠与络合剂混合反应得到。

优选的，所述混合反应的温度为20℃～120℃。

优选的，所述混合反应的温度为40℃～80℃。

优选的，所述由糖液制备得到的木质素磺酸钠与所述络合剂的质量比为100：(20～65)。

优选的，所述络合剂由浓硫酸、水合硫酸亚铁和重铬酸钠反应得到。

优选的，所述由糖液制备得到的木质素磺酸钠与所述水合硫酸亚铁的质量比为100：(15～30)。

优选的，所述由由糖液制备得到的木质素磺酸钠总质量与所述重铬酸钠的质量比为100：(5～20)。

优选的，所述由糖液制备得到的木质素磺酸钠总质量与所述浓硫酸的质量比为100：(2～12)。

优选的，所述糖液按照以下方法制备：

将含有木质素的物质与复合酸混合反应，得到糖液；

所述复合酸包括二氧化硫、非氧化性酸和亚硫酸盐，

所述非氧化性酸为磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的一种或几种，

所述亚硫酸盐为亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸镁和亚硫酸钙中的一种或几种。

优选的，所述糖液制备得到木质素磺酸盐的过程为：

将糖液通过色谱分离得到木质素磺酸盐；

所述糖液的固含量为35wt％～65wt％，糖液的pH为4～7，糖液中还原糖大于16％。

与现有技术相比，本发明提供了一种钻井液用木质素磺酸盐及其制备方法，通过将由糖液制备得到的木质素磺酸钠与络合剂混合反应得到，其中，通过选择特定的木质素磺酸盐中的钠盐，且以糖液制备的木质素磺酸钠为起始原料，使得制备得到的钻井液用木质素磺酸盐在常温和高温均具有很好的泥浆性能并且制备过程中无有害废渣产生，实验结果表明，本发明制备得到的钻井液用木质素磺酸盐，淡水常温表观粘度低至12.5mPa﹒s，降粘率高达87％；淡水高温表观粘度低至23mPa﹒s，降粘率高达67.5％；盐水常温表观粘度低至14.5mPa﹒s，降粘率高达75.5％；盐水高温表观粘度低至34.5mPa﹒s，降粘率高达65.3％。

具体实施方式

本发明提供了一种钻井液用木质素磺酸盐及其制备方法，通过将由糖液制备得到的木质素磺酸钠与络合剂混合反应得到。

按照本发明，通过将由糖液制备得到的木质素磺酸钠与络合剂混合反应得到钻井液用木质素磺酸盐；其中，所述反应的温度优选为20℃～120℃，更优选为40℃～80℃，最优选为50℃～60℃；所述反应的时间优选为30min～180min，更优选为40min～120min，最优选为60min～80min。

所述络合剂优选由浓硫酸、水合硫酸亚铁和重铬酸钠反应得到，其中，所述水合硫酸亚铁与所述由糖液制备得到的木质素磺酸钠的质量比为(15～30)：100，更优选为(18～25)：100，最优选为(20～22)：100；所述浓硫酸与所述由糖液制备得到的木质素磺酸钠的质量比为(2～12)：100，更优选为(4～10)：100，最优选为(6～8)：100；所述重铬酸钠与所述由糖液制备得到的木质素磺酸钠的质量比为(5～20)：100，更优选为(10～18)：100，最优选为(12～16)：100；所述反应的温度优选为10℃～80℃，更优选为20℃～40℃，最优选为25℃～30℃；所述反应的时间优选为5min～30min，更优选为7min～20min，最优选为8min～10min。

且为了使得到的钻井液用木质素磺酸盐的性能更好，本发明优选采用膜分离法得到分子量大于3000的钻井液用木质素磺酸盐，所述膜分离采用的膜为中空纤维膜，所述膜的分子量为3000。

所述糖液制备得到木质素磺酸盐的过程优选为：

将糖液通过色谱分离得到木质素磺酸盐；

所述糖液的固含量为35wt％～65wt％，糖液的pH为4～7，糖液中还原糖大于16％。

按照本发明，所述糖液的固含量优选为wt40～50wt％；所述色谱分离用树脂优选为钠型树脂、镁型树脂、钙型树脂和钾型树脂中的一种或几种；所述分离的温度优选为30～90℃，更优选为50～80℃，所述分离速度优选为1～10m/h，更优选为2～6m/h；所述洗脱剂优选为蒸馏水。

为了能够更好的将糖液中的木质素磺酸盐与木糖以及其它糖分离开，本发明优选在色谱分离前还将糖液进行中和以及过滤，所述中和的试剂优选为氢氧化钠、氧化镁、氧化钙和氢氧化钾中的一种或几种，所述中和反应的温度优选为30～80℃，更优选为40～60℃，最优选为45～55℃；所述中和反应后溶液的pH至优选为2～6，更优选为3～5，最优选为4～5；所述过滤的方式优选为预涂和助滤，更优选为板框过滤或烛式过滤；所述预涂剂优选为硅藻土、废活性炭、珍珠岩和木糖渣中的一种或几种，更优选为硅藻土和废活性炭中的一种或两种；所述预涂量优选为0～3kg/m²，更优选为0.5～1.5kg/m²；所述助滤剂为硅藻土、废活性炭和珍珠岩中的一种或几种，更优选为硅藻土和废活性炭中的一种或两种；所述过滤的温度优选为30～80℃，更优选为40～60℃，最优选为45～55℃；所述过滤的次数优选为1～4次，更优选为2～3次。

所述糖液优选按照以下方法制备：

将含有木质素的物质与复合酸混合反应，得到糖液；

所述复合酸包括二氧化硫、非氧化性酸和亚硫酸盐，

所述非氧化性酸为磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的一种或几种，

所述亚硫酸盐为亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸镁和亚硫酸钙中的一种或几种。

具体的，本发明对所述含有木质素的物质没有特殊要求，优选选自玉米芯、芦苇、豆杆和棉杆中的一种或几种；更优选为玉米芯或芦苇；最优选为玉米芯。本发明的原料优选经过粉碎，本发明对于粉碎用的仪器或粉碎得到的目数不进行限定，本领域技术人员熟知的酸解粉碎的仪器和目数即可。

本发明中所述复合酸包括二氧化硫、非氧化性酸和亚硫酸盐，其中，所述非氧化性酸为磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的一种或几种；优选为非氧化性酸为磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的两种或几种；所述亚硫酸盐为亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸镁和亚硫酸钙中的一种或几种；优选为为亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸镁和亚硫酸钙中的两种或几种；所述复合酸中二氧化硫、非氧化性酸的质量比优选为(10～95)：(2～50)，更优选为(50～90)：(5～30)，最优选为(80～90)：(6～20)；所述二氧化硫与亚硫酸盐的摩尔比为优选为(10～95)：(0～10)，更优选为(50～90)：(1～7)，最优选为(80～90)：(2～3)。

本发明中，所述含有木质素的物质与复合酸混合进行酸解反应，得到糖液，其中，所述含有木质素的物质与复合酸的质量比优选为1：(0.01～0.1)，更优选为1：(0.03～0.08)，最优选为1：(0.03～0.06)；为了使反应更好的进行，本发明还将混合液中加入水使反应体系中的固体的含量(即固含量)为2～100wt％，更优选为4～90wt％，最优选为5.5～85wt％；所述反应的压力优选为0.2～1MPa，更优选为0.4～0.8MPa，最优选为0.5～0.7MPa。

本发明中所说的固含量是指反应体系中的反应原料与反应液(包括反应原料和溶剂)的质量比。

本发明提供了一种钻井液用木质素磺酸盐及其制备方法，通过将由糖液制备得到的木质素磺酸钠以及络合剂混合反应得到，其中，通过选择特定的木质素磺酸盐中的钠盐，且以糖液制备的木质素磺酸钠为起始原料，使得制备得到的钻井液用木质素磺酸盐在常温和高温均具有很好的泥浆性能并且制备过程中无有害废渣产生。

下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

100g玉米芯粉碎，加入8g亚硫酸、1.4g磷酸、0.5g亚硫酸钠在140℃、05Mpa下水解，水解完毕后，固液分离，得到糖液和木糖渣；合并糖液，木糖渣加入四倍的100℃水洗，固液分离后，得到糖液和木糖渣；合并糖液，木糖渣加入两倍的100℃水洗，固液分离后得到木糖渣和糖液。

将得到的糖液浓缩成固含量为45wt％的溶液，然后在50℃沉降48h，55℃下加入氢氧化钠进行中和反应，得到pH值为5的溶液。

将得到的pH为5的溶液进行板框过滤2次，过滤的温度为50℃，板框过滤的预涂剂为硅藻土和废活性炭，预涂量为1kg/m²，助滤剂为硅藻土，加入量为糖液质量的0.6％，得到过滤后的糖液。

将过滤后的糖液经过色谱分离，得到木质素磺酸钠，其中，色谱分离的温度为70℃，分离的速度为4m/h，洗脱机为水，色谱分离用树脂为钠型树脂。

将20g水、5g浓硫酸、20gFeSO₄.7H₂O依次加入三口烧瓶中，搅拌均匀后缓慢加入15g重铬酸钠，混合于25℃反应8min，得到络合剂；

将100g糖液制备的木质素磺酸盐和实施例制备的络合剂混合，于50℃反应65min，得到钻井液用木质素磺酸盐；

根据标准SY/T570295对得到的钻井液用木质素磺酸盐进行性能测试，结果表明：盐淡水常温表观粘度为16mPa﹒s，降粘率为86.7％；淡水高温表观粘度为28mPa﹒s，降粘率为65.3％；盐水常温表观粘度为19mPa﹒s，降粘率为72.2％；盐水高温表观粘度为40mPa﹒s，降粘率为57.8％；

将得到的钻井液用木质素磺酸盐用膜分子量为3000的中空纤维膜进行分离，得到分子量大于3000的钻井液用木质素磺酸盐；

根据标准SY/T570295对得到的钻井液用木质素磺酸盐进行性能测试，结果表明：盐淡水常温表观粘度为13mPa﹒s，降粘率为88.5％；淡水高温表观粘度为24mPa﹒s，降粘率为68.8％；盐水常温表观粘度为15mPa﹒s，降粘率为76.4％；盐水高温表观粘度为36mPa﹒s，降粘率为62.3％。

实施例2

100g玉米芯粉碎，加入6.5g亚硫酸、1.5g草酸、0.55g亚硫酸钠在160℃、0.5Mpa下水解，水解完毕后，固液分离，得到糖液和木糖渣；合并糖液，木糖渣加入四倍的100℃水洗，固液分离后，得到糖液和木糖渣；合并糖液，木糖渣加入两倍的100℃水洗，固液分离后得到木糖渣和糖液。

将得到的糖液浓缩成固含量为45wt％的溶液，然后在50℃沉降48h，55℃下加入氢氧化钠进行中和反应，得到pH值为5的溶液。

将得到的pH为5的溶液进行板框过滤2次，过滤的温度为50℃，板框过滤的预涂剂为硅藻土和废活性炭，预涂量为1kg/m²，助滤剂为硅藻土，加入量为糖液质量的0.6％，得到过滤后的糖液。

将过滤后的糖液经过色谱分离，得到木质素磺酸钠，其中，色谱分离的温度为70℃，分离的速度为4m/h，洗脱机为水，色谱分离用树脂为钠型树脂。

将20g水、5g浓硫酸、20gFeSO₄.7H₂O依次加入三口烧瓶中，搅拌均匀后缓慢加入15g重铬酸钠，混合于25℃反应8min，得到络合剂；

将50g由黑液制备的木质素磺酸盐、50g糖液制备的木质素磺酸盐和实施例制备的络合剂混合，于55℃反应55min，得到钻井液用木质素磺酸盐；

根据标准SY/T570295对得到的钻井液用木质素磺酸盐进行性能测试，结果表明：盐淡水常温表观粘度为17mPa﹒s，降粘率为85.3％；淡水高温表观粘度为29mPa﹒s，降粘率为64.8％；盐水常温表观粘度为21mPa﹒s，降粘率为70.6％；盐水高温表观粘度为42mPa﹒s，降粘率为55.6％；

将得到的钻井液用木质素磺酸盐用膜分子量为3000的中空纤维膜进行分离，得到分子量大于3000的钻井液用木质素磺酸盐；

根据标准SY/T570295对得到的钻井液用木质素磺酸盐进行性能测试，结果表明：盐淡水常温表观粘度为15mPa﹒s，降粘率为86.5％；淡水高温表观粘度为27mPa﹒s，降粘率为65.1％；盐水常温表观粘度为19mPa﹒s，降粘率为72.2％；盐水高温表观粘度为40mPa﹒s，降粘率为57.9％。

实施例3

300g玉米芯粉碎，加入10g亚硫酸、5g硫酸、1.3g亚硫酸钠在150℃、0.6Mpa下水解，水解完毕后，固液分离，得到糖液和木糖渣；合并糖液，木糖渣加入四倍的100℃水洗，固液分离后，得到糖液和木糖渣；合并糖液，木糖渣加入两倍的100℃水洗，固液分离后得到木糖渣和糖液。

将得到的糖液浓缩成固含量为45wt％的溶液，然后在50℃沉降48h，55℃加入氢氧化钠进行中和反应，得到pH值为4的溶液。

将得到的pH为5的溶液进行板框过滤2次，过滤的温度为50℃，板框过滤的预涂剂为硅藻土和废活性炭，预涂量为1kg/m²，助滤剂为硅藻土，加入量为糖液质量的0.6％，得到过滤后的糖液。

将过滤后的糖液经过色谱分离，得到木质素磺酸钠，其中，色谱分离的温度为70℃，分离的速度为4m/h，洗脱机为水，色谱分离用树脂为钠型树脂。

将20g水、8g浓硫酸、22gFeSO₄.7H₂O依次加入三口烧瓶中，搅拌均匀后缓慢加入12g重铬酸钠，混合于25℃反应8min，得到络合剂；

将100g糖液制备的木质素磺酸盐和实施例制备的络合剂混合，于60℃反应60min，得到钻井液用木质素磺酸盐；

根据标准SY/T570295对得到的钻井液用木质素磺酸盐进行性能测试，结果表明：盐淡水常温表观粘度为18mPa﹒s，降粘率为85.2％；淡水高温表观粘度为31mPa﹒s，降粘率为64.3％；盐水常温表观粘度为23mPa﹒s，降粘率为70.0％；盐水高温表观粘度为42mPa﹒s，降粘率为52.6％；

将得到的钻井液用木质素磺酸盐用膜分子量为3000的中空纤维膜进行分离，得到分子量大于3000的钻井液用木质素磺酸盐；

根据标准SY/T570295对得到的钻井液用木质素磺酸盐进行性能测试，结果表明：盐淡水常温表观粘度为16mPa﹒s，降粘率为86.4％；淡水高温表观粘度为29mPa﹒s，降粘率为65.5％；盐水常温表观粘度为20mPa﹒s，降粘率为72.1％；盐水高温表观粘度为41mPa﹒s，降粘率为57.6％。

实施例4

300g玉米芯粉碎，加入10g亚硫酸、5g醋酸、1.3g亚硫酸钠在150℃、0.6Mpa下水解，水解完毕后，固液分离，得到糖液和木糖渣；合并糖液，木糖渣加入四倍的100℃水洗，固液分离后，得到糖液和木糖渣；合并糖液，木糖渣加入两倍的100℃水洗，固液分离后得到木糖渣和糖液。

将得到的糖液浓缩成固含量为45wt％的溶液，然后在50℃沉降48h，55℃加入氢氧化钠进行中和反应，得到pH值为5的溶液。

将得到的pH为5的溶液进行板框过滤2次，过滤的温度为50℃，板框过滤的预涂剂为硅藻土和废活性炭，预涂量为1kg/m²，助滤剂为硅藻土，加入量为糖液质量的0.6％，得到过滤后的糖液。

将过滤后的糖液经过色谱分离，得到木质素磺酸钠，其中，色谱分离的温度为70℃，分离的速度为4m/h，洗脱机为水，色谱分离用树脂为钠型树脂。

将20g水、8g浓硫酸、22gFeSO₄.7H₂O依次加入三口烧瓶中，搅拌均匀后缓慢加入12g重铬酸钠，混合于30℃反应10min，得到络合剂；

将100糖液制备的木质素磺酸盐和实施例制备的络合剂混合，于60℃反应60min，得到钻井液用木质素磺酸盐；

根据标准SY/T570295对得到的钻井液用木质素磺酸盐进行性能测试，结果表明：盐淡水常温表观粘度为18mPa﹒s，降粘率为85.6％；淡水高温表观粘度为31mPa﹒s，降粘率为64.3％；盐水常温表观粘度为23mPa﹒s，降粘率为70.3％；盐水高温表观粘度为42mPa﹒s，降粘率为52.8％。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钻井液用木质素磺酸盐，通过将由糖液制备得到的木质素磺酸钠与络合剂混合反应得到。

2.根据权利要求1所述的钻井液用木质素磺酸盐，其特征在于，所述混合反应的温度为20℃～120℃。

3.根据权利要求1所述的钻井液用木质素磺酸盐，其特征在于，所述混合反应的温度为40℃～80℃。

4.根据权利要求1所述的钻井液用木质素磺酸盐，其特征在于，所述由糖液制备得到的木质素磺酸钠与所述络合剂的质量比为100：(20～65)。

5.根据权利要求1所述的钻井液用木质素磺酸盐，其特征在于，所述络合剂由浓硫酸、水合硫酸亚铁和重铬酸钠反应得到。

6.根据权利要求5所述的钻井液用木质素磺酸盐，其特征在于，所述由糖液制备得到的木质素磺酸钠与所述水合硫酸亚铁的质量比为100：(15～30)。

7.根据权利要求5所述的钻井液用木质素磺酸盐钻井液用木质素磺酸盐，其特征在于，所述由由糖液制备得到的木质素磺酸钠总质量与所述重铬酸钠的质量比为100：(5～20)。

8.根据权利要求5所述的钻井液用木质素磺酸盐，其特征在于，所述由糖液制备得到的木质素磺酸钠总质量与所述浓硫酸的质量比为100：(2～12)。

9.根据权利要求1所述的钻井液用木质素磺酸盐，其特征在于，所述糖液按照以下方法制备：

将含有木质素的物质与复合酸混合反应，得到糖液；

所述复合酸包括二氧化硫、非氧化性酸和亚硫酸盐，

所述非氧化性酸为磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的一种或几种，

所述亚硫酸盐为亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸镁和亚硫酸钙中的一种或几种。

10.根据权利要求1所述的钻井液用木质素磺酸盐，其特征在于，所述糖液制备得到木质素磺酸盐的过程为：

将糖液通过色谱分离得到木质素磺酸盐；

所述糖液的固含量为35wt％～65wt％，糖液的pH为4～7，糖液中还原糖大于16％。