本發(fā)明公開了一種利用直鏈淀粉和磺化堿木質素制備降濾失劑的方法，屬于降濾失劑技術領域。

背景技術：

直鏈淀粉是一種綠色環(huán)保的天然高分子，具有無毒、可降解、價廉易得等特點，且其分子表面存在大量的羥基，所以直鏈淀粉是一種理想的環(huán)保材料。利用其表面的羥基，可以對其進行改性從而賦予其更多的性能，而眾多的直鏈淀粉衍生聚合物已被合成。各種直鏈淀粉聚合物的合成或者吸附材料的應用各有特點，但不同程度上存在著某一方面的缺點，譬如合成條件比較苛刻，合成步驟較多，工藝復雜，產率較低。

由于直鏈淀粉是一種綠色環(huán)保的天然高分子，具有無毒、可降解、價廉易得等特點，且其分子上存在大量的羥基。利用其表面的羥基，可以對其進行改性從而賦予其更多的性能，眾多的直鏈淀粉衍生物已被合成。各種聚合物接枝直鏈淀粉材料的應用不同程度上存在某些方面缺點，例如：合成條件比較苛刻，合成步驟較多，工藝復雜，產率較低等。

目前，國內僅有醚化淀粉在鉆井領域作為水基降濾失劑來使用，但其抗溫性僅在100℃上下，在無固相鉆井液中，井下溫度達到100℃時，醚化淀粉需要大量補充，以抵消溫度損耗，導致鉆井液頻繁調控，勞動量、成本、鉆井風險增加。且醚化淀粉抗鹽能力較差，且不能在油基鉆井液中使用，這就大大限制了其應用范圍。其它改性途徑產品，比如接枝、交聯等復合改性，研究報道較多，但產品工藝復雜、雜質較多、成本較高、環(huán)保性不佳，實際現場應用極少。

技術實現要素：

本發(fā)明主要解決的技術問題：針對目前傳統(tǒng)降濾失劑與常規(guī)水基處理劑配伍性較差，對水基鉆井液性能影響較大，不能有效強化水基鉆井液抵抗超高鈣污染的能力，抗鈣降濾失作用不明顯的缺陷，提供了一種利用直鏈淀粉和磺化堿木質素制備降濾失劑的方法。本發(fā)明先將玉米淀粉制備得玉米直鏈淀粉，再將堿木質素溶于緩沖液中，加入白腐菌進行基團活化，活化后堿木質素和甲醛和亞硫酸鈉進行反應，制備得到磺甲基化堿木質素，調節(jié)pH至酸性，使鈉離子被氫離子取代，取代后和直鏈淀粉進行反應，反應結束后得到降濾失劑，本發(fā)明制備得到的降濾失劑，對鉆井液粘度影響不大；而且可完全生物降解，無生物毒性，對環(huán)境沒有影響，其具有一定的油分散性，結構具有兩親性，與各種鉆井液處理劑配伍性良好，可用作油基鉆井液的降濾失劑。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：

（1）稱取10～15g玉米淀粉，按固液比1:10加入到去離子水中，攪拌混合30～40min后裝入三口燒瓶中，并放入沸水浴中，攪拌混合20～40min后向三口燒瓶中緩慢加入150～200mL質量分數25%氫氧化鈉溶液，控制在15～20min滴加完成，滴完后將三口燒瓶中的產物倒入燒杯中，向燒杯中加入80～100mL質量分數5%氯化鈉溶液，攪拌混合后用質量分數15%鹽酸調節(jié)pH值為7.0，調節(jié)后靜置20～24h，取上層液，備用；

（2）稱取25～30g堿木質素加入到280～300mLpH為4.5醋酸-醋酸鈉緩沖溶液中，攪拌混合15～20min后加入0.03～0.05g白腐菌，放入搖床中，在37～40℃溫度下振蕩反應2～3h，反應后將反應物在115～120℃溫度下滅菌處理10～15min，滅菌后離心分離得上清液，并冷凍干燥，得干燥物；

（3）將上述干燥物加入三口燒瓶中，按固液比1:8向三口燒瓶中加入濃度為1mol/L氫氧化鈉溶液，將三口燒瓶放入水浴鍋中，升溫至70～80℃后加入2～4g質量分數37%甲醛溶液，攪拌反應1～2h，反應后升高水浴溫度至85～95℃，在此溫度下加入0.6～0.8g亞硫酸鈉，繼續(xù)攪拌反應3～4h，反應后冷卻至室溫，并離心分離，得上清液，用質量分數20%鹽酸調節(jié)pH至為5.0～5.5；

（4）將上述調節(jié)pH后的上清液和步驟（1）備用的上層液按體積比5:1混合得混合液，將混合液加入反應釜中，并滴加混合液體積1～3%質量分數98%硫酸和混合液體積1～3%濃度為0.02～0.04mol/L過硫酸鉀溶液，滴加后攪拌反應3～5h得反應液；

（5）將上述反應液按體積比1:5與去離子水混合，加入分液漏斗中，靜置分層后得上層液體，并放入真空干燥箱中，在65～70℃溫度下干燥完全，干燥后研磨，過30～35目篩，得粉末，即可得到降濾失劑。

本發(fā)明的應用方法是：將膨潤土按45～50g/L加入到2～4L淡水中，攪拌混合10～15min后加入5～7g無水碳酸鈉和10～15g氯化鈣，在600～800r/min轉速下攪拌混合30～50min后得混合物，加入混合物質量3～5%本發(fā)明制備得到的降濾失劑，攪拌混合均勻密閉養(yǎng)護20～30h，得鉆井液，測得表觀黏度為19～20mPa·s，在220℃溫度下老化18～20h后，測得其的表觀黏度可達11～13mPa·s，并且具備抵抗42000mg/L以上超高鈣侵的能力，可以保持鉆井液體系的流變性與濾失性能穩(wěn)定。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明制備得到的降濾失劑可使鉆井液具備抵抗42000mg/L以上超高鈣侵的能力，可以保持鉆井液體系的流變性與濾失性能穩(wěn)定；

（2）本發(fā)明制備得到的降濾失劑，對鉆井液粘度影響不大；

（3）本發(fā)明制備得到的降濾失劑可完全生物降解，無生物毒性，對環(huán)境沒有影響；

（4）本發(fā)明制備得到的降濾失劑具有一定的油分散性，而且結構具有兩親性，與各種鉆井液處理劑配伍性良好，可用作油基鉆井液的降濾失劑。

具體實施方式

稱取10～15g玉米淀粉，按固液比1:10加入到去離子水中，攪拌混合30～40min后裝入三口燒瓶中，并放入沸水浴中，攪拌混合20～40min后向三口燒瓶中緩慢加入150～200mL質量分數25%氫氧化鈉溶液，控制在15～20min滴加完成，滴完后將三口燒瓶中的產物倒入燒杯中，向燒杯中加入80～100mL質量分數5%氯化鈉溶液，攪拌混合后用質量分數15%鹽酸調節(jié)pH值為7.0，調節(jié)后靜置20～24h，取上層液，備用；稱取25～30g堿木質素加入到280～300mLpH為4.5醋酸-醋酸鈉緩沖溶液中，攪拌混合15～20min后加入0.03～0.05g白腐菌，放入搖床中，在37～40℃溫度下振蕩反應2～3h，反應后將反應物在115～120℃溫度下滅菌處理10～15min，滅菌后離心分離得上清液，并冷凍干燥，得干燥物；將上述干燥物加入三口燒瓶中，按固液比1:8向三口燒瓶中加入濃度為1mol/L氫氧化鈉溶液，將三口燒瓶放入水浴鍋中，升溫至70～80℃后加入2～4g質量分數37%甲醛溶液，攪拌反應1～2h，反應后升高水浴溫度至85～95℃，在此溫度下加入0.6～0.8g亞硫酸鈉，繼續(xù)攪拌反應3～4h，反應后冷卻至室溫，并離心分離，得上清液，用質量分數20%鹽酸調節(jié)pH至為5.0～5.5；將上述調節(jié)pH后的上清液和備用的上層液按體積比5:1混合得混合液，將混合液加入反應釜中，并滴加混合液體積1～3%質量分數98%硫酸和混合液體積1～3%濃度為0.02～0.04mol/L過硫酸鉀溶液，滴加后攪拌反應3～5h得反應液；將上述反應液按體積比1:5與去離子水混合，加入分液漏斗中，靜置分層后得上層液體，并放入真空干燥箱中，在65～70℃溫度下干燥完全，干燥后研磨，過30～35目篩，得粉末，即可得到降濾失劑。

實例1

稱取10g玉米淀粉，按固液比1:10加入到去離子水中，攪拌混合30min后裝入三口燒瓶中，并放入沸水浴中，攪拌混合20min后向三口燒瓶中緩慢加入150mL質量分數25%氫氧化鈉溶液，控制在15min滴加完成，滴完后將三口燒瓶中的產物倒入燒杯中，向燒杯中加入80mL質量分數5%氯化鈉溶液，攪拌混合后用質量分數15%鹽酸調節(jié)pH值為7.0，調節(jié)后靜置20h，取上層液，備用；稱取25g堿木質素加入到280mLpH為4.5醋酸-醋酸鈉緩沖溶液中，攪拌混合15min后加入0.03g白腐菌，放入搖床中，在37℃溫度下振蕩反應2h，反應后將反應物在115℃溫度下滅菌處理10min，滅菌后離心分離得上清液，并冷凍干燥，得干燥物；將上述干燥物加入三口燒瓶中，按固液比1:8向三口燒瓶中加入濃度為1mol/L氫氧化鈉溶液，將三口燒瓶放入水浴鍋中，升溫至70℃后加入2g質量分數37%甲醛溶液，攪拌反應1h，反應后升高水浴溫度至85℃，在此溫度下加入0.6g亞硫酸鈉，繼續(xù)攪拌反應3h，反應后冷卻至室溫，并離心分離，得上清液，用質量分數20%鹽酸調節(jié)pH至為5.0；將上述調節(jié)pH后的上清液和備用的上層液按體積比5:1混合得混合液，將混合液加入反應釜中，并滴加混合液體積1%質量分數98%硫酸和混合液體積1%濃度為0.02mol/L過硫酸鉀溶液，滴加后攪拌反應3h得反應液；將上述反應液按體積比1:5與去離子水混合，加入分液漏斗中，靜置分層后得上層液體，并放入真空干燥箱中，在65℃溫度下干燥完全，干燥后研磨，過30目篩，得粉末，即可得到降濾失劑。

將膨潤土按45g/L加入到2L淡水中，攪拌混合10min后加入5g無水碳酸鈉和10g氯化鈣，在600r/min轉速下攪拌混合30min后得混合物，加入混合物質量3%本發(fā)明制備得到的降濾失劑，攪拌混合均勻密閉養(yǎng)護20h，得鉆井液，測得表觀黏度為19mPa·s，在220℃溫度下老化18h后，測得其的表觀黏度可達11mPa·s，并且具備抵抗42100mg/L超高鈣侵的能力，可以保持鉆井液體系的流變性與濾失性能穩(wěn)定。

實例2

稱取13g玉米淀粉，按固液比1:10加入到去離子水中，攪拌混合35min后裝入三口燒瓶中，并放入沸水浴中，攪拌混合30min后向三口燒瓶中緩慢加入175mL質量分數25%氫氧化鈉溶液，控制在17min滴加完成，滴完后將三口燒瓶中的產物倒入燒杯中，向燒杯中加入90mL質量分數5%氯化鈉溶液，攪拌混合后用質量分數15%鹽酸調節(jié)pH值為7.0，調節(jié)后靜置22h，取上層液，備用；稱取27g堿木質素加入到290mLpH為4.5醋酸-醋酸鈉緩沖溶液中，攪拌混合17min后加入0.04g白腐菌，放入搖床中，在39℃溫度下振蕩反應2.5h，反應后后將反應物在117℃溫度下滅菌處理13min，滅菌后離心分離得上清液，并冷凍干燥，得干燥物；將上述干燥物加入三口燒瓶中，按固液比1:8向三口燒瓶中加入濃度為1mol/L氫氧化鈉溶液，將三口燒瓶放入水浴鍋中，升溫至75℃后加入3g質量分數37%甲醛溶液，攪拌反應1.5h，反應后升高水浴溫度至90℃，在此溫度下加入0.7g亞硫酸鈉，繼續(xù)攪拌反應3.5h，反應后冷卻至室溫，并離心分離，得上清液，用質量分數20%鹽酸調節(jié)pH至為5.3；將上述調節(jié)pH后的上清液和備用的上層液按體積比5:1混合得混合液，將混合液加入反應釜中，并滴加混合液體積2%質量分數98%硫酸和混合液體積2%濃度為0.03mol/L過硫酸鉀溶液，滴加后攪拌反應4h得反應液；將上述反應液按體積比1:5與去離子水混合，加入分液漏斗中，靜置分層后得上層液體，并放入真空干燥箱中，在67℃溫度下干燥完全，干燥后研磨，過33目篩，得粉末，即可得到降濾失劑。

將膨潤土按47g/L加入到3L淡水中，攪拌混合13min后加入6g無水碳酸鈉和13g氯化鈣，在700r/min轉速下攪拌混合40min后得混合物，加入混合物質量4%本發(fā)明制備得到的降濾失劑，攪拌混合均勻密閉養(yǎng)護25h，得鉆井液，測得表觀黏度為19.5mPa·s，在220℃溫度下老化19h后，測得其的表觀黏度可達12mPa·s，并且具備抵抗42500mg/L超高鈣侵的能力，可以保持鉆井液體系的流變性與濾失性能穩(wěn)定。

實例3

稱取15g玉米淀粉，按固液比1:10加入到去離子水中，攪拌混合40min后裝入三口燒瓶中，并放入沸水浴中，攪拌混合40min后向三口燒瓶中緩慢加入200mL質量分數25%氫氧化鈉溶液，控制在20min滴加完成，滴完后將三口燒瓶中的產物倒入燒杯中，向燒杯中加入100mL質量分數5%氯化鈉溶液，攪拌混合后用質量分數15%鹽酸調節(jié)pH值為7.0，調節(jié)后靜置24h，取上層液，備用；稱取30g堿木質素加入到280～300mLpH為4.5醋酸-醋酸鈉緩沖溶液中，攪拌混合20min后加入0.05g白腐菌，放入搖床中，在40℃溫度下振蕩反應3h，反應后后將反應物在120℃溫度下滅菌處理15min，滅菌后離心分離得上清液，并冷凍干燥，得干燥物；將上述干燥物加入三口燒瓶中，按固液比1:8向三口燒瓶中加入濃度為1mol/L氫氧化鈉溶液，將三口燒瓶放入水浴鍋中，升溫至80℃后加入4g質量分數37%甲醛溶液，攪拌反應2h，反應后升高水浴溫度至95℃，在此溫度下加入0.8g亞硫酸鈉，繼續(xù)攪拌反應4h，反應后冷卻至室溫，并離心分離，得上清液，用質量分數20%鹽酸調節(jié)pH至為5.5；將上述調節(jié)pH后的上清液和備用的上層液按體積比5:1混合得混合液，將混合液加入反應釜中，并滴加混合液體積3%質量分數98%硫酸和混合液體積3%濃度為0.04mol/L過硫酸鉀溶液，滴加后攪拌反應5h得反應液；將上述反應液按體積比1:5與去離子水混合，加入分液漏斗中，靜置分層后得上層液體，并放入真空干燥箱中，在70℃溫度下干燥完全，干燥后研磨，過35目篩，得粉末，即可得到降濾失劑。

將膨潤土按50g/L加入到4L淡水中，攪拌混合15min后加入7g無水碳酸鈉和15g氯化鈣，在800r/min轉速下攪拌混合50min后得混合物，加入混合物質量5%本發(fā)明制備得到的降濾失劑，攪拌混合均勻密閉養(yǎng)護30h，得鉆井液，測得表觀黏度為20mPa·s，在220℃溫度下老化20h后，測得其的表觀黏度可達13mPa·s，并且具備抵抗42800mg/L超高鈣侵的能力，可以保持鉆井液體系的流變性與濾失性能穩(wěn)定。