專利名稱：磺化丙酮-甲醛縮聚物的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種有機(jī)高分子化合物，磺化丙酮-甲醛縮聚物的制造方法，涉及石油、天然氣鉆探固井過程中的水泥漿減水劑技術(shù)領(lǐng)域。
減水劑又稱為減阻劑分散劑，是重要的油井水泥外加劑，它能有效地改善水泥漿的流動性，提高泵送效率，保證固井作業(yè)順利進(jìn)行。通常用的油井水泥減水劑是木質(zhì)素磺酸鹽和荼磺酸甲醛縮聚物，這些減水劑局限性大，如木質(zhì)素磺酸鹽類起泡嚴(yán)重，不抗高溫，荼磺酸甲醛縮聚物雖有比木質(zhì)素磺酸鹽的減阻效果好，但仍存在著抗溫性能差的問題，且自身有毒，不易維護(hù)，污染環(huán)境。隨著石油工業(yè)的發(fā)展，中深井，超深井增加很快，井底溫度高，井下條件復(fù)雜，使固井工作的難度越來越大，對固井作業(yè)的原材料及工藝提出更高的要求，因而對油井水泥的減水劑的抗溫及其他性能同時也應(yīng)當(dāng)滿足其要求。近年來國內(nèi)外為尋求一種抗高溫的減阻劑進(jìn)行了大量的研究工作，如EP0163459和DE3429068以及《油田化學(xué)》1990.7.No2.第129-133頁等均介紹了磺化丙酮-甲醛縮聚物是一種抗溫性能好的油井水泥減阻劑，但是該縮聚物制造方法和成本方面都存在一定問題。
以前制備磺化丙酮-甲醛縮聚物是采取將丙酮、甲醛和亞硫酸氫鈉按如下配比丙酮∶甲醛∶亞硫酸氫鈉＝6∶3∶1加入反應(yīng)瓶中，在KOH和NaOH等強(qiáng)堿的作用下，發(fā)生縮聚反應(yīng)，通過控制堿液的加入速度來控制反應(yīng)的進(jìn)行。上述方法在加堿過程中，由于開始反應(yīng)混合物中堿的濃度低，反應(yīng)進(jìn)行較慢，而當(dāng)堿濃度超過一定值時，一般是NaOH的組份超過0.15摩爾時，反應(yīng)即迅速加快，反應(yīng)熱很難及時散發(fā)，反應(yīng)物體內(nèi)溫度急劇上升，使原料揮發(fā)嚴(yán)重，很容易出現(xiàn)部料現(xiàn)象，不易掌握和控制，工業(yè)上生產(chǎn)不易控制產(chǎn)品的質(zhì)量，而不適于工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的在于通過改變制造磺化丙酮-甲醛縮聚物生產(chǎn)過程中的加料方式和加適當(dāng)?shù)拇呋瘎﹣砀倪M(jìn)以往的生產(chǎn)方法，以達(dá)到更適用于工業(yè)生產(chǎn)。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的;按甲醛0.8-1.10摩爾，丙酮0.35-0.60摩爾，亞硫酸鈉0.10-0.15摩爾，焦亞硫酸鈉0.085-0.15摩爾，和2-4摩爾的水的配料。先將亞硫酸鈉水解并攪拌升溫至50-60℃，再將甲醛、丙酮和焦亞硫酸鈉的混合液分批加入到已升溫為50-60℃的亞硫酸鈉水溶液中，甲醛、丙酮和焦亞硫酸鈉在進(jìn)行縮聚反應(yīng)前已開始預(yù)反應(yīng)，即已有部分甲醛和焦亞硫酸鈉反應(yīng)轉(zhuǎn)化為羥甲基磺酸鈉，同時釋放出部分熱量，使整個反應(yīng)平穩(wěn)。在進(jìn)行反應(yīng)過程中要嚴(yán)格控制甲醛、丙酮和焦亞硫酸鈉混合液的加入速度，以使整個反應(yīng)體系的溫度不大于70℃為準(zhǔn)，同時為了使反應(yīng)熱能及時散發(fā)，也可以用冷卻水冷卻。混合液加完需20-70分鐘的時間，當(dāng)混合液加完后在50-70℃下反應(yīng)0.5-3小時，隨后再在80-120℃下反應(yīng)1-3小時，降至25-30℃后，由甲醛氧化生成的甲酸(HCOOH)，將整個反應(yīng)體系中和至PH值為7-9，然后在100-150℃下用0-300℃烘箱烘干并用研缽磨細(xì)便制得磺化丙酮-甲醛縮聚物成品。由副反應(yīng)甲醛氧化生成甲酸及用甲酸中和均要產(chǎn)生甲酸鈉是一種有效成份。
本發(fā)明的特點(diǎn)是上述反應(yīng)制備磺化丙酮-甲醛縮聚物，對石油鉆井固井工藝中水泥漿有較好的降失水及分散作用，是合格的水泥漿減阻劑。主要特點(diǎn)是本縮聚物在制造過程中，靠亞硫酸鈉水解產(chǎn)生的堿作縮聚反應(yīng)的催化劑，因而免去外加強(qiáng)堿KOH和NaOH作催化劑，第二是整個反應(yīng)平穩(wěn)是通過調(diào)整亞硫酸鈉的用量控制和調(diào)整整個反應(yīng)體系的堿度，從而控制縮聚反應(yīng)的程度。
本發(fā)明所提供的技術(shù)與以往的技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)1、反應(yīng)通過在一定的時間范圍分步添加甲醛、丙酮和焦亞硫酸鈉的混合液來控制反應(yīng)速度，靠亞硫酸鈉水解產(chǎn)生的堿作縮聚反應(yīng)的催化劑，不僅反應(yīng)平穩(wěn)，且易于控制;2、無需外加NaOH和KOH之類的強(qiáng)堿作催化劑，同時反應(yīng)過程中，原材料揮發(fā)較少，因而降低了生產(chǎn)成本，適合于工業(yè)化的生產(chǎn);3、該產(chǎn)品經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測試及現(xiàn)場試驗(yàn)，是較好的水泥漿外加劑。
現(xiàn)舉兩組五個室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述實(shí)施例1將0.15摩爾的亞硫酸鈉Na2SO3和2.5摩爾的水H2O投入到帶有溫度計、回流冷卻器，滴液漏斗和攪拌器的250ml反應(yīng)瓶中，不斷攪拌使Na2SO3水解，同時加熱，當(dāng)溫度升至50℃時停止加熱，將甲醛、丙酮和焦亞硫酸鈉按如下比例配制成混合液即甲醛1.06摩爾，丙酮0.41摩爾，焦亞硫酸鈉0.086摩爾，在45分鐘內(nèi)分批加入反應(yīng)瓶中，加完后于70℃下反應(yīng)0.5小時，然后再在95℃下反應(yīng)1.5小時，降溫至室溫用甲酸中和至PH8，然后于120℃的溫度下烘干磨細(xì)，即得成品，命名為SAF-1。
實(shí)施例2將0.11摩爾的亞硫酸鈉和3摩爾的水投入帶有溫度計、回流冷卻器滴液漏斗和攪拌器的250ml的反應(yīng)瓶中，在攪拌下升溫至60℃停止加熱，將0.957摩爾的甲醛，0.44摩爾的丙酮，0.135摩爾的焦亞硫酸鈉組成混合液，在40分鐘內(nèi)分批加入到反應(yīng)瓶中，混合液加完后在70℃下反應(yīng)0.5小時，然后于95℃下反應(yīng)2小時，降至室溫再用甲酸中和至PH8在120℃下烘干磨細(xì)得成品SAF-2。
以上兩實(shí)施例算作一組，按API規(guī)范10測得摻加SAF-1和SAF-2的水泥漿，(嘉興G級水泥水粉含量ω/c＝0.44)性能穩(wěn)定，如表1的各數(shù)據(jù)，可見SAF-1和SAF-2對水泥均具有好的減阻作用。
第二組實(shí)施例取三個實(shí)驗(yàn)，裝置如上面兩個實(shí)驗(yàn)，方法也相近，只是配方和基礎(chǔ)情況略有些變化也得出合格的產(chǎn)品和較好的結(jié)果，實(shí)施例3、4、5見表2比較第二組實(shí)驗(yàn)按API規(guī)范，測得摻有SAF-3、SAF-4和SAF-5水泥漿，嘉興產(chǎn)G級水泥，水灰比0.44，其水泥漿的性能如表3所示。
通過兩組實(shí)驗(yàn)及所生成的磺化丙酮-甲醛縮聚物進(jìn)行性能分析和模擬實(shí)驗(yàn)得出如下結(jié)論1、該生產(chǎn)方法是可行的，可工業(yè)上生產(chǎn)，同時降低成本。
2、能顯著改善水泥漿的流動性，提高泵送效率，降低泵壓。
3、減少摻水量，提高了穩(wěn)流特性，減少稠度。
4、廣泛適用于鉆井固井工藝，用該種方法生產(chǎn)的磺化丙酮-甲醛縮聚物是好的水泥漿減阻劑。
權(quán)利要求
1.一種磺化丙酮-甲醛縮聚物的制造方法，將丙酮、甲醛、亞硫酸鹽及水按一定比例投入反應(yīng)瓶中，在催化劑作用下反應(yīng)，然后烘干磨細(xì)，其特征在于將亞硫酸鈉(Na2SO3)0.10-0.15摩爾和水2-4摩爾的配比，投入反應(yīng)瓶中，不斷攪拌使其水解并生成亞硫酸氫鈉，同時產(chǎn)生強(qiáng)堿(NaOH)作為縮聚反應(yīng)的催化劑，加熱升溫至50-60℃，再將甲醛0.8-1.10摩爾、丙酮0.35-0.60摩爾和焦亞硫酸鈉0.085-0.15摩爾配比的混合液，分批加入到上述亞硫酸鈉水溶液中，混合液加完后，在50-70℃的溫度下，反應(yīng)0.5-3小時，然后再升溫至80-120℃下反應(yīng)1-3小時，溫度降至25-30℃后，用由甲醛氧化生成的甲酸(HCOOH)將體系中和，至PH值為7-9時，烘干磨細(xì)制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磺化丙酮-甲醛縮聚物的制造方法，其特征在于副反應(yīng)甲醛氧化生成甲酸及甲酸中和均產(chǎn)生的甲酸鈉是一種有效成份。
全文摘要
本發(fā)明涉及石油、天然氣鉆井中，油井水泥減水劑磺化丙酮-甲醛縮聚物的制備方法，將甲醛、丙酮、亞硫酸鈉和水按一定比例配料，先將亞硫酸鈉水解再將甲醛、丙酮和焦亞硫酸鈉的混合液分批加入亞硫酸鈉水溶液中，通過控制混合液向亞硫酸鈉水溶液的加入速度，來控制反應(yīng)速度，以解決過去技術(shù)中反應(yīng)不易控制，原料揮發(fā)嚴(yán)重，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。該方法利用亞硫酸鈉水解產(chǎn)生的堿作縮聚反應(yīng)的催化劑，免去了外加強(qiáng)堿作催化劑，降低生產(chǎn)成本，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C08G6/02GK1066448SQ9110286
公開日1992年11月25日 申請日期1991年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月8日
發(fā)明者王中華 申請人:中原石油勘探局鉆井工程服務(wù)公司