CN111253541A - 一种钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂及制备方法 - Google Patents

一种钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂及制备方法，属于磺化酚醛树脂技术领域，所述无泡改性磺化酚醛树脂的原料按重量份比，包括苯酚醛110‑130份、甲醛50‑70份、焦亚硫酸钠80‑110份、无水亚硫酸钠45‑70份、壬基酚聚氧乙烯醚和/或辛基酚聚氧乙烯醚60‑90份、水30‑60份。本发明对磺化酚醛树脂进行改性，加入壬/辛基酚聚氧乙烯醚，壬/辛基酚聚氧乙烯醚长链末端的醇羟基与磺化酚醛树脂上酚羟基对位上的氢原子进行缩聚，得到新的聚合物由于含有聚醚官能团，除了具有抗盐性和降滤失性外，还具有一定的消泡功能，且对钻井液的其他性能无影响，用量小，使用方便。

Description

一种钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂及制备方法
技术领域
本发明属于磺化酚醛树脂技术领域，特别是涉及一种钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂及制备方法。
背景技术
磺化酚醛树脂是一种水溶性阳离子交换树脂，作为一种最常用的合成树脂类钻井液降滤失剂，具有良好的机械强度，其耐热稳定性好、抗盐性能好、降失水效果好，同时具有防塌、控制粘度的作用，从而获得了广泛的研究和应用。
在钻井过程中，地层中的气体侵入钻井液会导致钻井液中产生大量泡沫，另外，配制钻井液的材料中往往含有表面活性剂等起泡材料，这些起泡材料同样会使钻井液产生微泡。泡沫对钻井施工带来各种不利的影响，如降低泥浆泵充满度和排量，降低钻井液携带岩屑能力，引发井壁坍塌，造成井内卡钻事故等。目前，现有技术中多采用在钻井液中添加消泡剂的方法，来降低钻井液中的微泡，但是现有的消泡剂对环境有一定的污染，且在使用过程中对钻井液的其他性能有影响，使用不方便。
现有技术中对磺化酚醛树脂改性的研究大多侧重于如何提高其抗盐性和降滤失性，但是对磺化酚醛树脂进行改性使其除了具有抗盐性和降滤失性外还具有一定的消泡功能的研究少有报道。现有技术中的改性磺化酚醛树脂在实际应用中，当钻井液中有大量泡沫存在时，存在使用效率降低，抑制性变差等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂及制备方法，以解决现有技术中的磺化酚醛树脂作为钻井液降滤失剂，当钻井液中有大量泡沫存在时，其使用效率降低，抑制性变差的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
提供一种钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂，所述改性磺化酚醛树脂的原料按重量份比，包括苯酚醛110-130份、甲醛50-70份、焦亚硫酸钠80-110份、无水亚硫酸钠45-70份、壬基酚聚氧乙烯醚和/或辛基酚聚氧乙烯醚60-90份、水30-60份。
优选的，所述改性磺化酚醛树脂的原料按重量份比，包括苯酚醛115-125份、甲醛55-60份、焦亚硫酸钠90-100份、无水亚硫酸钠50-65份、壬基酚聚氧乙烯醚和/或辛基酚聚氧乙烯醚70-80份、水40-50份。
本发明还提供了一种钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份比称取各个原料；
(2)将苯酚醛、甲醛置于反应釜中混合均匀，然后将焦亚硫酸钠和无水亚硫酸钠加水溶解后缓慢注入反应釜，将反应釜温度逐渐升至100℃进行磺化反应；
(3)向反应釜中加入壬基酚聚氧乙烯醚和/或辛基酚聚氧乙烯醚，100℃继续进行反应；
(4)停止加热，将反应釜温度降至40℃以下后出料，将液体产品经喷雾干燥后得固体产品，然后将固体产品装袋包装。
优选的，所述步骤(2)中的反应时间为1小时，所述步骤(3)中的反应时间为3小时。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明对磺化酚醛树脂进行改性，加入壬/辛基酚聚氧乙烯醚，壬/辛基酚聚氧乙烯醚长链末端的醇羟基与磺化酚醛树脂上酚羟基对位上的氢原子进行缩聚，得到的新聚合物由于具有聚醚官能团，除了具有抗盐性和降滤失性外还具有一定的消泡功能，在使用过程中，对钻井液的其他性能也无影响，且用量小，使用方便，溶解分散速度快，可直接加入泥浆中使用，降低了工人的劳动强度，节约了成本。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明提供一种钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂，所述改性磺化酚醛树脂的原料按重量份比，包括苯酚醛110-130份、甲醛50-70份、焦亚硫酸钠80-110份、无水亚硫酸钠45-70份、壬基酚聚氧乙烯醚和/或辛基酚聚氧乙烯醚60-90份、水30-60份。
优选的，所述改性磺化酚醛树脂的原料按重量份比，包括苯酚醛115-125份、甲醛55-60份、焦亚硫酸钠90-100份、无水亚硫酸钠50-65份、壬基酚聚氧乙烯醚和/或辛基酚聚氧乙烯醚70-80份、水40-50份。
本发明还提供了一种钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份比称取各个原料；
(2)将苯酚醛、甲醛置于反应釜中混合均匀，然后将焦亚硫酸钠和无水亚硫酸钠加水溶解后缓慢注入反应釜，将反应釜温度逐渐升至100℃进行磺化反应；
(3)向反应釜中加入壬基酚聚氧乙烯醚和/或辛基酚聚氧乙烯醚，100℃继续进行反应；
(4)停止加热，将反应釜温度降至40℃以下后出料，将液体产品经喷雾干燥后得固体产品，然后将固体产品装袋包装。
优选的，所述步骤(2)中的反应时间为1小时，所述步骤(3)中的反应时间为3小时。
实施例1
一种钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂，所述改性磺化酚醛树脂的原料按重量份比，包括苯酚醛110份、甲醛50份、焦亚硫酸钠80份、无水亚硫酸钠45份、壬基酚聚氧乙烯醚和辛基酚聚氧乙烯醚共计60份、水30份。
苯酚醛是苯酚和甲醛的发泡物，具有耐热、耐摩擦性，机械强度高，电绝缘性、低发烟性和耐酸性等特点。焦亚硫酸钠溶于水释放出二氧化硫，二氧化硫、无水亚硫酸钠和甲醛作为磺化剂。甲醛的加入量是过量的，过量的甲醛与磺化后的苯酚醛继续发生缩聚反应，使得磺化酚醛树脂化。壬/辛基酚聚氧乙烯醚是以壬/辛基酚和环氧乙烷在催化剂作用下缩合反应生成的非离子表面活性剂，由于含有聚醚官能团，具有较强抑泡能力，且在一定条件下能被微生物酶催化氧化，分解为二氧化碳、水和无机物，对环境无害。
上述钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份比称取各个原料；
(2)将苯酚醛、甲醛置于反应釜中混合均匀，然后将焦亚硫酸钠和无水亚硫酸钠加水溶解后缓慢注入反应釜，将反应釜温度逐渐升至100℃加热回流1小时，进行磺化反应；
(3)向反应釜中加入壬基酚聚氧乙烯醚和辛基酚聚氧乙烯醚，100℃继续加热回流3小时，进行缩聚反应；
(4)停止加热，将反应釜温度缓慢降至40℃以下后出料，将液体产品经喷雾干燥后得固体产品，然后将固体产品装袋包装。
本发明的制备原理为：(1)在苯酚醛中加入磺化剂焦亚硫酸钠、无水亚硫酸钠和其中一部分甲醛进行磺化反应，在苯环单元引入磺酸基，苯环间又以碳原子相连，磺酸基的引入使得其水化作用增强，具有抗盐、抗钙、降低高温高压降失水量的作用；(2)过量的甲醛与磺化后的苯酚醛继续发生缩聚反应，使得磺化酚醛树脂化；(3)壬/辛基酚聚氧乙烯醚长链末端的醇羟基与磺化酚醛树脂上酚羟基对位上的氢原子进行缩聚，由于得到新的聚合物含有聚醚官能团，因此，除了具有抗盐性和降滤失性外还具有一定的消泡功能。
实施例2
一种钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂，所述改性磺化酚醛树脂的原料按重量份比，包括苯酚醛130份、甲醛70份、焦亚硫酸钠110份、无水亚硫酸钠70份、壬基酚聚氧乙烯醚90份、水60份。
上述钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份比称取各个原料；
(2)将苯酚醛、甲醛置于反应釜中混合均匀，然后将焦亚硫酸钠和无水亚硫酸钠加水溶解后缓慢注入反应釜，将反应釜温度逐渐升至100℃加热回流1小时，进行磺化反应；
(3)向反应釜中加入壬基酚聚氧乙烯醚，100℃继续加热回流3小时，进行缩聚反应；
(4)停止加热，将反应釜温度缓慢降至40℃以下后出料，将液体产品经喷雾干燥后得固体产品，然后将固体产品装袋包装。
实施例3
一种钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂，所述改性磺化酚醛树脂的原料按重量份比，包括苯酚醛115份、甲醛55份、焦亚硫酸钠90份、无水亚硫酸钠50份、辛基酚聚氧乙烯醚70份、水40份。
上述钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份比称取各个原料；
(2)将苯酚醛、甲醛置于反应釜中混合均匀，然后将焦亚硫酸钠和无水亚硫酸钠加水溶解后缓慢注入反应釜，将反应釜温度逐渐升至100℃加热回流1小时，进行磺化反应；
(3)向反应釜中加入辛基酚聚氧乙烯醚，100℃继续加热回流3小时，进行缩聚反应；
(4)停止加热，将反应釜温度缓慢降至40℃以下后出料，将液体产品经喷雾干燥后得固体产品，然后将固体产品装袋包装。
实施例4
一种钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂，所述改性磺化酚醛树脂的原料按重量份比，包括苯酚醛125份、甲醛60份、焦亚硫酸钠100份、无水亚硫酸钠65份、壬基酚聚氧乙烯醚和辛基酚聚氧乙烯醚共计80份、水50份。
上述钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份比称取各个原料；
(2)将苯酚醛、甲醛置于反应釜中混合均匀，然后将焦亚硫酸钠和无水亚硫酸钠加水溶解后缓慢注入反应釜，将反应釜温度逐渐升至100℃加热回流1小时，进行磺化反应；
(3)向反应釜中加入壬基酚聚氧乙烯醚和辛基酚聚氧乙烯醚，100℃继续加热回流3小时，进行缩聚反应；
(4)停止加热，将反应釜温度缓慢降至40℃以下后出料，将液体产品经喷雾干燥后得固体产品，然后将固体产品装袋包装。
实验例
分别取上述4个实施例所述的改性磺化酚醛树脂，加入到钻井液中进行消泡性能测试(质量百分含量为2％)，具体结果见表1。
表1
组别 消泡时间(s) 抑泡时间(s)
实施例1 20 45
实施例2 23 50
实施例3 19 25
实施例4 15 20
由表1可以看出，改性后得到的新的磺化酚醛树脂具有显著的消泡和抑泡功能。
分别取上述4个实施例所述的改性磺化酚醛树脂，加入到钻井液中，对钻井液性能进行测试，具体结果见表2。
表2
Figure BDA0002404566070000061
由表2可以看出，本发明所述的改性磺化酚醛树脂具有很好的流变性能和较低的高温高压滤失量。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂，其特征在于：所述改性磺化酚醛树脂的原料按重量份比，包括苯酚醛110-130份、甲醛50-70份、焦亚硫酸钠80-110份、无水亚硫酸钠45-70份、壬基酚聚氧乙烯醚和/或辛基酚聚氧乙烯醚60-90份、水30-60份。
2.根据权利要求1所述的钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂，其特征在于：所述改性磺化酚醛树脂的原料按重量份比，包括苯酚醛115-125份、甲醛55-60份、焦亚硫酸钠90-100份、无水亚硫酸钠50-65份、壬基酚聚氧乙烯醚和/或辛基酚聚氧乙烯醚70-80份、水40-50份。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
(1)按重量份比称取各个原料；
(2)将苯酚醛、甲醛置于反应釜中混合均匀，然后将焦亚硫酸钠和无水亚硫酸钠加水溶解后缓慢注入反应釜，将反应釜温度逐渐升至100℃进行磺化反应；
(3)向反应釜中加入壬基酚聚氧乙烯醚和/或辛基酚聚氧乙烯醚，100℃继续进行反应；
(4)停止加热，将反应釜温度降至40℃以下后出料，将液体产品经喷雾干燥后得固体产品，然后将固体产品装袋包装。
4.根据权利要求3所述的钻井液用无泡改性磺化酚醛树脂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的反应时间为1小时，所述步骤(3)中的反应时间为3小时。
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