一种钻井液用磺甲基酚醛树脂及其分步制备方法与流程

本发明涉及油田用石油化学助剂，具体涉及一种钻井液用磺甲基酚醛树脂及其分步制备方法。

背景技术：

1、传统的钻井液用磺甲基酚醛树脂一锅煮产品没有树脂化过程，直接将苯酚、甲醛、碱等原材料按一定比例混合，按一个温度（或温度范围）、一个时间（或时间范围）控制反应；这种生产流程是极不规范的，因为一锅煮产品没有树脂化过程，直接进入磺化过程，所以产品自身的分子量、磺化度等达不到要求，至少不稳定，导致降滤失效果、抗温、抗盐等效果差。

技术实现思路

1、为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种钻井液用磺甲基酚醛树脂及其分步制备方法，其技术方案如下：

2、一种钻井液用磺甲基酚醛树脂的分步制备方法，其包括以下步骤：

3、（1）将苯酚和甲醛加入反应釜，然后滴加草酸，升温后进行保温反应，得到一次性树脂化剂；

4、（2）将一次性树脂化剂、氢氧化钠溶液和磺化剂在控制压力及温度条件下进行磺化反应，得到一次磺化酚醛树脂剂；

5、（3）将一次磺化酚醛树脂剂和磺化剂在控制压力及温度条件下进行磺化反应，得到二次磺化酚醛树脂剂；

6、（4）将二次磺化酚醛树脂剂和甲醛在控制压力及温度条件下进行树脂化反应，得到树脂化剂；

7、（5）将树脂化剂和磺化剂在控制压力及温度条件下进行磺化反应，得到磺甲基酚醛树脂液体；

8、（6）磺甲基酚醛树脂液体自然降温后，喷雾干燥，得到粉状磺甲基酚醛树脂。

9、进一步的，所述步骤（1）苯酚和甲醛的摩尔比为1:1.9～2.1；草酸的质量浓度为15%；草酸滴加温度控制在50～70℃，滴加时间为30～50分钟；滴加结束后升温至90℃，保温反应1小时。

10、进一步的，所述步骤（2）氢氧化钠溶液的质量浓度为50%；一次性树脂化剂、50%氢氧化钠溶液和磺化剂的质量比为1:0.21:0.19～0.25；磺化反应控制反应压力≤0.1mpa，反应温度保持90～100℃，反应时间为1小时。

11、进一步的，所述步骤（3）一次磺化酚醛树脂剂和磺化剂的质量比为1:0.19～0.25；磺化反应控制反应压力≤0.1mpa，反应温度保持90～100℃，反应时间为1小时。

12、进一步的，所述步骤（3）加入质量浓度为50%的氢氧化钠溶液作为催化剂；50%氢氧化钠溶液和磺化剂的质量比为0.21:0.19～0.25。

13、进一步的，所述步骤（4）二次磺化酚醛树脂剂和甲醛的质量比为1:0.21～0.27；树脂化反应控制反应压力≤0.1mpa，反应温度保持90～100℃，反应时间为0.2小时。

14、进一步的，所述步骤（5）磺化反应控制反应压力≤0.1mpa，反应温度保持90～100℃，反应时间为0.5小时。

15、进一步的，所述步骤（6）自然降温至40℃以下。

16、进一步的，所述步骤（2）和步骤（3）在边磺化边缩聚反应下进行；所述磺化剂包括亚硫酸氢钠、羟甲基磺酸钠及焦亚硫酸钠。

17、一种钻井液用磺甲基酚醛树脂，由以上所述的一种钻井液用磺甲基酚醛树脂的分步制备方法进行制备而获得。

18、本发明钻井液用磺甲基酚醛树脂的合成机理如下：

19、钻井液用磺甲基酚醛树脂是由苯酚与甲醛在酸性或碱性催化剂作用下，经加成缩聚和磺化两步反应制得的树脂：苯酚羟基邻、对位上的两个氢和甲醛中的氧脱去一份水。在酸性催化反应中，苯酚与甲醛进行加成反应，生成的羟甲基进一步缩合形成酚醛树脂低聚物，或称甲阶树脂（a-stage resins）、一步树脂；由甲醛与亚硫酸氢钠反应所生成羟甲基磺酸钠oh；羟甲基磺酸钠分子中的羟基十分活泼，在一定条件下能与酚醛树脂苯环上的氢结合，而将磺甲基引上苯环；在碱性催化剂条件下，磺化剂参加反应，羟甲基被亚硫酸根取代，形成磺甲基酚醛树脂。在本发明所制备的钻井液用磺甲基酚醛树脂用苯酚、甲醛缩合反应，用酸、温度控制反应条件，用密度控制线性树脂分子量大小，这是产品降滤失效果的主要指标，接着用碱中和，终止树脂化进一步进行，然后进行磺化反应（有3—4步磺化过程，每步都用碱、温度、时间控制反应条件，用中控指标控制磺化度）；磺化度是产品抗温、抗盐、溶解的主要指标，每步的条件、中控指标不一样，并严格按照中控指标控制每步中间产品质量。

20、与现有技术相比，本发明主要具有以下有益技术效果：

21、1.本发明钻井液用磺甲基酚醛树脂采用分步制备方法，是由苯酚、甲醛在酸性催化作用下生成线型酚醛树脂，再以羟甲基磺酸钠为磺化剂进行磺化而生成的一种新型高分子泥浆处理剂，是一种有效的石油地质钻探中深井、超深井的抗高温、抗盐、抗钙、抗镁离子的泥浆失水及泥饼控制剂，满足中国石化企业标准q/sh cg0178-2023中磺甲基化酚醛树脂ⅰ型和磺甲基化酚醛树脂ⅱ型的要求。

22、2.本发明钻井液用磺甲基酚醛树脂在苯环上引进甲基磺酸钠后，使清水的酚醛树脂具有亲水性和抗矿化度的能力，不具有乳化能力，能降低泥饼的粘滞系数，有利于钻井重泥浆防粘卡和坍塌效能。

23、3.本发明钻井液用磺甲基酚醛树脂在淡水、低矿化度、高矿化度或盐水泥浆体系中，对低温或高温都有良好的造壁性。

24、4.本发明钻井液用磺甲基酚醛树脂有较强的适应能力，可配制新浆，也可将任何类型井浆转换为抗温、抗盐、抗钙、镁离子的深井重泥浆，从而井浆转换效果更好。

25、5.本发明钻井液用磺甲基酚醛树脂有较强的护胶能力，能有效地保持钻井泥浆中粘土体系中粘度胶体粒子的比率，所以钻井泥浆在长期使用时有良好的稳定性，便于井浆的维护管理。

26、6.本发明钻井液用磺甲基酚醛树脂用来转化聚磺钻井液，简单易行，可替代smp+smc、smp+smk等，转化和维护处理容易，深受现场欢迎；能与绝大多数水基钻井液处理剂复配，与磺化沥青类防塌剂复配使钻井液防塌效果更好；井越深、时间越长、温度越高，效果越好。

技术特征：

1.一种钻井液用磺甲基酚醛树脂的分步制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种钻井液用磺甲基酚醛树脂的分步制备方法，其特征在于，所述步骤（1）苯酚和甲醛的摩尔比为1:1.9～2.1；草酸的质量浓度为15%；草酸滴加温度控制在50～70℃，滴加时间为30～50分钟；滴加结束后升温至90℃，保温反应1小时。

3.根据权利要求1所述的一种钻井液用磺甲基酚醛树脂的分步制备方法，其特征在于，所述步骤（2）氢氧化钠溶液的质量浓度为50%；一次性树脂化剂、50%氢氧化钠溶液和磺化剂的质量比为1:0.21:0.19～0.25；磺化反应控制反应压力≤0.1mpa，反应温度保持90～100℃，反应时间为1小时。

4.根据权利要求1所述的一种钻井液用磺甲基酚醛树脂的分步制备方法，其特征在于，所述步骤（3）一次磺化酚醛树脂剂和磺化剂的质量比为1:0.19～0.25；磺化反应控制反应压力≤0.1mpa，反应温度保持90～100℃，反应时间为1小时。

5.根据权利要求4所述的一种钻井液用磺甲基酚醛树脂的分步制备方法，其特征在于，所述步骤（3）加入质量浓度为50%的氢氧化钠溶液作为催化剂；50%氢氧化钠溶液和磺化剂的质量比为0.21:0.19～0.25。

6.根据权利要求1所述的一种钻井液用磺甲基酚醛树脂的分步制备方法，其特征在于，所述步骤（4）二次磺化酚醛树脂剂和甲醛的质量比为1:0.21～0.27；树脂化反应控制反应压力≤0.1mpa，反应温度保持90～100℃，反应时间为0.2小时。

7.根据权利要求1所述的一种钻井液用磺甲基酚醛树脂的分步制备方法，其特征在于，所述步骤（5）磺化反应控制反应压力≤0.1mpa，反应温度保持90～100℃，反应时间为0.5小时。

8.根据权利要求1所述的一种钻井液用磺甲基酚醛树脂的分步制备方法，其特征在于，所述步骤（6）自然降温至40℃以下。

9.根据权利要求1所述的一种钻井液用磺甲基酚醛树脂的分步制备方法，其特征在于，所述步骤（2）和步骤（3）在边磺化边缩聚反应下进行；所述磺化剂包括亚硫酸氢钠、羟甲基磺酸钠及焦亚硫酸钠。

10.一种钻井液用磺甲基酚醛树脂，由权利要求1-9任一所述的一种钻井液用磺甲基酚醛树脂的分步制备方法进行制备而获得。

技术总结
本发明涉及油田用化学助剂技术领域，公开了一种钻井液用磺甲基酚醛树脂及其分步制备方法。该分步制备方法包括以下步骤：苯酚和甲醛酸性催化反应，得到一次性树脂化剂；一次性树脂化剂、氢氧化钠溶液和磺化剂进行磺化反应，得到一次磺化酚醛树脂剂；一次磺化酚醛树脂剂和磺化剂进行磺化反应，得到二次磺化酚醛树脂剂；二次磺化酚醛树脂剂和甲醛进行树脂化反应，得到树脂化剂；树脂化剂和磺化剂进行磺化反应，得到磺甲基酚醛树脂液体，再经喷雾干燥得到粉状磺甲基酚醛树脂。本发明钻井液用磺甲基酚醛树脂是深井、超深井的抗高温、抗盐、抗钙、抗镁离子的泥浆失水及泥饼控制剂，满足中国石化企业标准中磺甲基酚醛树脂要求。

技术研发人员：曹宪磊,王颖,袁康
受保护的技术使用者：胜利油田胜利化工有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7