一种抗温、抗钙的木质素基降滤失剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于钻井液，是涉及一种抗温、抗钙的木质素基降滤失剂及其制备方法和应用，所述的木质素基降滤失剂是一种抗温抗钙污染钻井液处理剂。

背景技术：

1、随着油气资源开发不断向深部地层勘探，勘探目标逐渐向高温、高矿化度深部复杂地层快速拓展。钻遇盐膏层、厚石膏层、含钙镁或钙盐地层日益增多，盐钙、酸根污染叠加高温温度效应导致钻井液体系性能迅速恶化，严重时出现急剧增稠的情况，造成钻井液失去流动性，影响井下安全。如某深地工程遇高压盐水侵，多次出现高温增稠，置换钻井液，排放混浆100余方，混浆中压全滤失。现有技术手段中，除了大量配制新浆替换，无法有效解决水泥浆污染这一难题，这严重制约了深井、超深井的勘探开发。

2、在钻井液中，降滤失剂是核心的关键处理剂，其能降低钻井液的滤失量；提升其抗温、抗钙性能对高温和/或高钙地层所用钻井液的应用性能，以及安全钻井至关重要。磺甲基酚醛树脂降滤失剂(简称smp)是应用最广、效果较好的抗高温降滤失剂，但近年来主要由于环保原因，其应用受到一定的限制。它是由苯酚、甲醛和磺化剂经磺化、缩聚反应而制成，生产过程中残留的酚类、醛类物质会导致钻井液的降解性差，不利于环保。并且，虽然smp的抗高温能力强(可达180℃)，但其抗钙能力较弱，所应用的基浆中抗钙离子浓度通常小于1000mg/l，这就面临着难以满足一些现场需求(如抗钙需为10000mg/l)的问题。

3、因此，当前亟需开发利于现场应用的抗温、抗钙的环保型降滤失剂。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种抗温、抗钙的木质素基降滤失剂及其制备方法和应用，本发明提供的木质素基降滤失剂具有良好的抗温性能和抗钙污染性能，而且环保性等较好。

2、本发明提供一种抗温、抗钙的木质素基降滤失剂，其由木质素、甲醛、有机膦酸和磺化剂经反应制得；所述木质素基降滤失剂包含木质素苯环结构、膦酸基团和磺甲基阴离子，所述膦酸基团为带极性官能团的有机膦酸基团。

3、在本发明的实施例中，所述膦酸基团为羟基亚乙基二膦酸基团、氨基三甲叉膦酸基团、乙二胺四甲叉膦酸基团、和二乙烯三胺五甲叉膦酸基团中的至少一种。

4、本发明提供如前所述的木质素基降滤失剂的制备方法，包括以下步骤：

5、将木质素原料、甲醛水溶液、有机膦酸和磺化剂混合，先升温反应，再回流反应，得到反应产物，经干燥，得到所述木质素基降滤失剂。

6、在本发明的实施例中，所述木质素原料为酶解木质素、液化木质素和碱木质素中的至少一种，优选为酶解木质素。

7、在本发明的实施例中，所述有机磷酸为羟基亚乙基二膦酸、氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸和二乙烯三胺五甲叉膦酸中的至少一种。

8、在本发明的实施例中，所述磺化剂为水溶性亚硫酸盐类物质，可选自亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠和硫代硫酸钠中的至少一种，优选为焦亚硫酸钠。

9、在本发明的实施例中，所述甲醛水溶液为质量百分数30～40％的甲醛溶液。

10、在本发明的实施例中，所述制备方法满足以下至少一项：所述木质素原料和甲醛水溶液的质量比为50：48～68；所述木质素原料和有机膦酸的质量比为50：2～5；所述木质素原料和磺化剂的质量比为50：6～10。

11、在本发明的实施例中，所述制备方法满足以下至少一项：所述升温反应的温度为60～80℃，反应时间为20～30min；所述回流反应的温度为102～105℃；所述干燥的温度为70～80℃。

12、此外，本发明提供如前所述的木质素基降滤失剂在制备钻井液中的应用。

13、木质素是一种存在于大部分陆地植物木质部中的复杂高分子化合物，在自然界中的储量仅次于纤维素。其可形成一种多组分高分子聚合物阴离子表面活性剂，外观为浅黄色至深棕色粉末，略有芳香气味，分子量一般在800～10000之间，具有很强的分散性、粘结性、螯合性；通常来自酸法制浆(或称为亚硫酸盐法制浆)的蒸煮废液，经喷雾干燥而成。木质素是天然大分子结构，富含苯环、羟基、酚羟基等基团，抗温能力强，可反应性高，在橡胶、沥青等领域已成为研究热点。从油气田开发领域及其作用来看，木质素具有制备抗钙钻的井液处理剂的可能性。传统常将木质素类用作钻井液分散剂，具有一定的降低钻井液粘度的作用。

14、中国专利文献cn 113621116 a公开了一种钻井液用生物质合成树脂降滤失剂的制备方法，包括：将木质素、苯酚、盐酸和温控离子液体进行反应，得到液化木质素；将所述液化木质素与多聚甲醛、磺化剂和水反应，得到生物质合成树脂降滤失剂。该申请采用温控离子液体液化木质素为木质素的利用提供了新的思路，但离子液体成本高，不利于工业化实施，而且其降滤失剂的抗钙性等仍有待改善。而受限于其改性方法等，将木质素改性为抗钙的钻井液处理剂还未见报道。

15、与现有技术相比，本发明开发了一种经济性好的木质素基降降滤失剂及其制备方法，所述的木质素基降滤失剂由木质素、甲醛、有机膦酸和磺化剂经反应制得；从分子结构上，其包含木质素苯环结构、膦酸基团和磺甲基阴离子，所述膦酸基团为带极性官能团(如羟基、氨基)的有机膦酸基团。在本发明中，对于抗温性方面，主要利用木质素结构中苯环、碳碳单键(c-c)提高链强度，利用木质素空间体积和位阻，抗温可达180℃。本发明可在木质素活性位点引入含膦酸分子的结构，此膦酸基团在水溶液中解离出h+后，可与多种金属离子生成稳定的螯合物，与二个或多个金属螯合，可构成螯合增溶，能够大大降低钻井液中ca2+和mg2+浓度，从而使高矿化度钻井液保持良好的性能，稳定产物与黏土颗粒的的吸附平衡。与此同时，本发明引入了磺甲基阴离子，利用木质素天然空间吸附点，协同发挥抗温、分散作用，提高产品在粘土上的吸附性，形成低渗透性致密泥饼，达到抗盐、降滤失的目的。此外，本发明中的生物酚对位基团取代度高，提升了可生物性，从而保证生物降解性能。

16、实验结果显示，本发明实施例在钻井液中添加该抗温、抗钙的木质素基降滤失剂后，抗钙性能大大提高，可达到10000mg/l。该抗温、抗钙的木质素基降滤失剂与各类水基钻井液相容性好，使用方便，助推抗污染钻井液技术进步，经济社会效益显著，具有重要应用价值。

1.一种抗温、抗钙的木质素基降滤失剂，其特征在于，由木质素、甲醛、有机膦酸和磺化剂经反应制得；所述木质素基降滤失剂包含木质素苯环结构、膦酸基团和磺甲基阴离子，所述膦酸基团为带极性官能团的有机膦酸基团。

2.根据权利要求1所述的木质素降滤失剂，其特征在于，所述膦酸基团为羟基亚乙基二膦酸基团、氨基三甲叉膦酸基团、乙二胺四甲叉膦酸基团、和二乙烯三胺五甲叉膦酸基团中的至少一种。

3.如权利要求1或2所述的木质素基降滤失剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述木质素原料为酶解木质素、液化木质素和碱木质素中的至少一种，优选为酶解木质素。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述有机磷酸为羟基亚乙基二膦酸、氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸和二乙烯三胺五甲叉膦酸中的至少一种。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述磺化剂为水溶性亚硫酸盐类物质，可选自亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠和硫代硫酸钠中的至少一种，优选为焦亚硫酸钠。

7.根据权利要求3-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述甲醛水溶液为质量百分数30～40％的甲醛溶液。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，满足以下至少一项：所述木质素原料和甲醛水溶液的质量比为50：48～68；所述木质素原料和有机膦酸的质量比为50：2～5；所述木质素原料和磺化剂的质量比为50：6～10。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，满足以下至少一项：所述升温反应的温度为60～80℃，反应时间为20～30min；所述回流反应的温度为102～105℃；所述干燥的温度为70～80℃。

10.如权利要求1或2所述的木质素基降滤失剂在制备钻井液中的应用。