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1、改性栲胶和单宁类钻井液处理剂研究与应用10AD精VAN细CES石INFI油NEP化ETR工OCH进EMIC展ALS第9卷第9期,'……改性栲胶和单宁类钻井液处理剂研究与应用王中华(中国石化集团中原石油勘探局钻井工程技术研究院,濮阳457001)摘要栲胶或单宁是一种重要的林产资源,可以与NaOH,KOH反应,与磺甲基化反应制得一系列产品,用于钻井液中主要起到降粘作用,也可以通过与其他材料接枝改性制得具有降粘和降滤失双重作用的产物.经过磺甲基化改性的单宁酸可以用于淡水,盐水和海水钻井液中,具有较强的抗温抗盐能力,是用量较大的处理剂之一,尤
2、其适用于深井井段,能有效地控制钻井液的流变性.关键词栲胶或单宁改性钻井液处理剂磺甲基化降粘剂栲胶或单宁作为来源丰富,价格低廉的林产材料,在石油工业中有着广泛的用途.这类材料是用于维护钻井液良好性能的重要油田化学品.在改性天然产物中栲胶或单宁是应用最早的钻井液处理剂之一.从最初的栲胶或单宁碱液到磺化单宁,逐渐发展到接枝改性产物,可以直接在钻井液中起到降粘和降滤失作用,从而保证钻井液良好的综合性能.尽管在栲胶或单宁改性方面开展了一些卓有成效的工作,但在栲胶或单宁的深度改性上仍需要进一步开展工作,使栲胶或单宁这一天然资源在钻井液中发挥更大的
3、作用.现从改性途径和原理出发,对国内改性栲胶或单宁钻井液处理剂研究与应用进行介绍.1栲胶或单宁与氢氧化钠(钾)反应栲胶或单宁可以在现场配成栲胶或单宁碱液直接使用,也可以与NaOH,KOH等反应制得栲胶或单宁的钠(钾)盐,其中丹宁酸钾KT…引人了钾离子,使其具有良好的防塌和降粘效果.用作钻井液处理剂能有效抑制页岩水化,同时还具有降粘和一定的降滤失作用,适用于淡水基钻井液,一般加量为1%～2%.2磺甲基反应产物栲胶分子具有化学反应活性,可通过高分子化学反应在分子中引入新的水化基团或耐温抗盐基团,以达到可水溶和抗盐目的.最常用的是通过磺甲基
4、化反应,在栲胶分子上引人耐盐性好的磺酸基团,从而赋予产品良好的水溶性和耐温抗盐能力,磺甲基反应一般在常压70～100℃进行,反应时间一般为3～6h.最早应用的磺甲基反应产物是磺化栲胶SMK和磺化单宁.磺化栲胶用作钻井液降粘剂在各种类型的水基钻井液体系中都有显着的稀释(降粘)能力.它能有效地降低钻井液的粘度和切力,尤其是对高密度钻井液有明显的稀释效果,热稳定性好,抗温抗盐能力强,能改善钻井液的高温稳定性,控制高温下钻井液的流变性能.与其他常用钻井液添加剂有很好的配伍性,但抗盐能力差.磺化单宁SMT,尤其是磺甲基五倍单宁酸钠的络合物,其抗
5、温能力优于SMK,用作钻井液降粘剂,具有较好的耐温抗盐能力,是一种抗高温抗盐的钻井液降粘剂,适用于各种水基钻井液,可用于高温深井的钻探中,也可以用作油井水泥缓凝剂和用于配制固井隔离液.根据现场实际需要,在磺化栲胶和磺化单宁应用的基础上,研究者先后开展了改性工作.以落叶松,橡碗等栲胶为原料制备的SMT一88钻井液降粘剂J,其性能可以达到磺甲基五倍单宁酸钠的水平,而成本却较低.以五倍子为原料经过浸提,浓缩磺化制得改性磺化单宁(M—SMT)降粘剂,具有较好的耐温抗盐能力,是一种抗高温抗盐的钻井液降粘剂,适用于各种水基钻井液,可用于高温深井的
6、钻探中;现场应用表明其抗温能力强,降粘效果明显,可以有效地控制泥浆高温下的流变性.将适量的氢氧化钾,水加人反应釜中配成氢收稿日期:2008—06—27.作者简介:王中华,教授级高级工程师,现任中原石油勘探局副总工程师兼中原石油勘探局钻井工程技术研究院总工程师,主要从事精细化工和油田化学研究工作,已公开发表论文220多篇,合着5部.2008年9月王中华.改性栲胶和单宁类钻井液处理剂研究与应用1l氧化钾溶液,然后慢慢加人栲胶,待其溶解后,加人适量的亚硫酸氢钠和甲醛,于9O℃下反应4h,将反应产物烘干,粉碎得磺化单宁酸钾SKTN.它在各种类
7、型的水基钻井液体系中都具有优良的稀释或降粘作用,能有效降低钻井液的粘度和切力,改善钻井液的流变性能.在钾基钻井液中,SKTN既保持原有降粘性能,又具有抑制页岩水化膨胀的能力,还有减小井径扩大率,提高电测成功率的作用.由落叶松树皮酚类化合物经磺化,络合,耦合,缩合和交联多步化学改性,制备的钻井液添加剂在粘土颗粒表面发生吸附包被的摩尔分数为93.9%,它在聚合物钻井液中具有较好的降粘和降滤失能力,可作为强化聚合物钻井液抑制性能的稀释一降滤失双功能添加剂使用】.用塔拉单宁磺化甲基化制得的无铬塔拉磺化单宁(SMT—T)在180℃下,淡水浆降粘
8、率为78.4%～93.2%,盐水浆降粘率最高达91.0%;在200—220c【=下,淡水和盐水基浆平均降粘率分别为95.1%和84.9%,适用于深井钻井液】.用橡梳栲胶,焦亚硫酸钠,烧碱,高锰酸钾,焦磷酸钠等反应得到的产
