中国化学会第六届全国有机化学学术会议论文集
钻井液用木质素磺酸钠Mannich碱的制备与应用研究
陈刚，张洁*，杨乃旺 西安石油大学化学化工学院 西安市电子二路18号，710065
木质素是一种是由苯丙基(C9)单元通过C–O键或C–C键连接而成的交联网状的天然酚类高分子化合物, 大量存在于木材、竹、草等造纸原料中，其蕴藏量仅次于纤维素, 是第二大天然有机物。人类利用纤维素已有数千年的历史, 而木质素至今没有被大量、广泛地利用。人们在利用纤维素的同时，产生了大量的废弃木质素（每生产1吨纸产生1.2吨木质素），不仅浪费资源，还严重污染环境。因此，无论从资源利用，还是从环境保护的角度，木质素的研究、开发和利用都显得尤为重要。木质素分子中具有芳香基、酚羟基、醇羟基、羰基、羧基等多种活性基团，兼具可再生、可生物降
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解以及无毒等优点，所以被视为优良的绿色化工原料，其改性研究备受关注。通过不同的改性方法，在木质素结构中引入具有特定性能的基团, 优化木质素的结构性能，提高其产品的应用价值，已经成为木质素利用研究关注的焦点。2
由木质素衍生的油田化学品已经在钻井液处理剂、油井水泥外加剂、采油用表面活性剂、调剖堵水剂以及水处理剂等方面有着广泛的应用。其中木质素磺酸盐类产品因其来源广泛，价格低廉而成为用量较大的油田化学品。目前在钻井液中应用的木质素磺酸盐类产品有木质素磺酸的铁、铬络合物等体系，但是过渡金属离子尤其是重金属离子的引入会导致环境的污染，不利于可持续发展的战略。为了深入研究木质素磺酸盐衍生物作为钻井液用降滤失剂的性能，充分利用木质素资源，本研究采用木质素磺酸钠与甲醛、伯/仲胺通过Mannich反应制备了一系列木质素磺酸钠Mannich碱钻井液降滤失剂（如下图），并对其降滤失剂性能和降粘性能进行了室内评价。
研究发现：由木质素磺酸钠改性制备的Mannich碱，其表面活性显著提高，向钻井液中加入0.3%的木质素磺酸钠Mannich碱经高速搅拌后钻井液中产生大量气泡，导致钻井液密度下降至1.0 g/ml以下，经消泡处理，密度为1.2 g/ml左右；滤失性实验和粘度测试显示该类化合物具有较好的降滤失性，降滤失率达到20%左右；降粘率与添加未改性木质素磺酸盐的钻井液相比降低了30%左右；电位测定显示添加入木质素磺酸钠Mannich碱的钻井液其电位略有降低，说明钻井液中粘土颗粒分散性有所改善。3由于在木质素上引入了碱性基团，可以作为地层中硫化氢的吸收剂，除此之外其使用后的残渣可以生物降解成为有机肥料，因此木质素磺酸钠Mannich碱可以作为多功能钻井液处理剂深度开发。
LIGNINLIGNIN+NaO3SOHCH2OH+NHRR'NaO3SOHNRR'
NHRR'(胺)：二甲胺，二乙胺、二正丁胺，二乙醇胺，吗啉，环己胺，十八胺
参考文献
1． 邱卫华，陈洪章，纤维素科学与技术，2006, 14(1), 52. 2． 刘祖广，陈朝晖，王迪珍，化工学报，2006, 57(3), 678. 3． 胡琦，张洁，高飞，天然气工业，2008, 28(1), 7.
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*国家自然科学基金（No. 50874092）和西安石油大学科技基金研究项目资助课题
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联系人: 张洁, Email: zhangjie@xsyu.edu.cn, 电话: 029-88382693
钻井液用木质素磺酸钠Mannich碱的制备与应用研究.
