钻井液完井液处理方法剂大全第二卷

➢ 近几年来，国内外对淀粉类降滤失剂的研究有了很大 进展，形成系列产品，是钻遇盐膏层常用的处理剂。
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国内外钻井液用淀粉类处理剂
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淀粉类降滤失剂主要改性产品
➢ 羧甲基淀粉（Carboxymethyl Starch）：是淀粉的改性产品，代号 为CMS。在碱性条件下，淀粉与氯乙酸发生醚化反应即制得羧甲基 淀粉。从现场试验情况看，CMS降失水效果好，而且作用速度快。 在提粘方面，对塑性粘度影响小，而对动切力影响大，因而有利于携 带钻屑。
按催化剂为酸或碱原料的配比不同和反应条件不同，可 以生成热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂。
热塑性酚醛树脂构型
热固性酚醛树脂构型
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SMP的合成
（1）磺甲基化剂的合成： （2）酚醛树脂的磺甲基化：
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磺甲基酚醛树脂（SMP）的性能
SMP是一种水溶性的不规则线型聚合物，但其分子量不高， 加入钻井液中对粘粒无絮凝作用，不会引起增稠；
另一种合成路线是：将苯酚、甲醛、亚硫酸钠和亚硫 酸氢钠一次投料，在碱催化条件下，缩和和磺化反应同时 进行，最后生成磺甲基酚醛树脂。其反应式为：
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（1）磺甲基酚醛树脂（SMP-1，SMP-2）
➢ 棕红色粉末，溶于水。 ➢ 分子的主链由亚甲基桥和苯环组成，又引入了大量磺酸基，故热稳定
性强，可抗180～200℃的高温。 ➢ 因引入磺酸基的数量不同，抗无机电解质的能力会有所差别。目前使
➢ 加入淀粉不仅可以降低滤失量，而且还有助于提高钻井液中粘土颗粒的聚 结稳定性。淀粉在淡水、海水和饱和盐水钻井液中均可使用。
➢ 淀粉的降失水机理一方面是吸收水分，减少了钻井液中的自由水；另一方面 是形成的囊状物可进入泥饼缝隙中，从而堵塞水的通路，降低泥饼渗透性。
➢ 使用时，钻井液的矿化度最好大一些，并且pH值最好大于11.5，否则容易 发酵变质。若这两个条件均不具备，可加入适量的防腐剂。
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Resinex
➢ 是自20世纪70年代后期以来国外常用的一种抗高温降 滤失剂，由50%的磺化褐煤和50%的特种树脂组成。
➢ 产品外观为黑色粉末，易溶于水，与其它处理剂有很 好的相容性。
➢ 在盐水钻井液中抗温可达230℃，抗盐可达1.1105 mg/l。抗钙2000 mg/l。
➢ 在降滤失的同时，基本上不会增大钻井液的粘度，在 高温下不会发生胶凝。特别适于在高密度深井、超深 井钻井液中使用。
用量很大的SMP-1型产品可用于矿化度小于1105 mg/l的钻井液，而 SMP-2型产品可抗盐至饱和，抗钙也可达2000 mg/l，是主要用于饱 和盐水钻井液的降滤失剂。 ➢ 还能改善滤饼的润滑性，对井壁也有一定的稳定作用。 ➢ 加量通常在3~5%之间。
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（2）磺化木质素磺甲基酚醛树脂缩合物 （SLSP）
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SPNH
➢ 是以褐煤和腈纶废丝为主要原料，通过采用接枝共 聚和磺化的方法制得的一种含有羟基、羰基、亚甲 基、磺酸基、羧基和腈基等多种官能团的共聚物。
➢ SPNH主要起降滤失作用，但同时还具有一定的降粘 作用。其抗温和抗盐、抗钙能力均与Resinex相似。
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（五）淀粉类降滤失剂
➢ 淀粉（Starch）的结构与纤维素相似，也属于碳水化合物，是最早使用的钻 井液降滤失剂之一。在50℃以下不溶于水，温度超过55℃以上开始溶胀， 形成半透明凝胶或胶体溶液。加碱也能使它迅速而有效地溶胀。可进行酯化、 醚化、羧甲基化、接枝和交联反应，从而制得一系列改性产品。
凡主链上含-SO3Na的高聚物分子比含-COONa、-ONa的分子 抗温、抗盐、钙性能好。
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（四）树脂类降滤失剂
➢ 是以酚醛树脂为主体，经磺化或引入 其它官能团而制得。
➢ 磺甲基酚醛树脂（SMP)是最常用的 产品。
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酚醛树脂的合成
在酸或碱的作用下，苯酚与甲醛都可以因发生缩聚反应 生成酚醛树脂。
➢ 合成SLSP的反应一般分两步进行。首先合成磺甲基酚醛树 脂，第二步再与磺化木质素缩合得到SLSP。
➢ SLSP与磺甲基酚醛树脂有相似的优良性能，但在原来树脂 的基础上引入了一部分磺化木质素。所以SLSP在降低钻井 液滤失量的同时，还有优良的稀释特性。
➢ 生产该产品有利于解决造纸废液引起的环境污染问题，成本 也有所下降。
亲水性和抗盐析能力均强； SMP的分子结构主要以苯环、亚甲基桥和C-S键组成，热稳定
性强，抗温可达200-220℃； SMP分子结构中的酚羟基具有与高价阳离子络合的能力，故
它能与很多高价金属离子配合使用，以提高其处理效能。
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（1）磺甲基酚醛树脂（SMP-1，SMP-2）
是一种抗高温降滤失剂。其合成路线是：先在酸性条 件（pH = 3～4）下使甲醛与苯酚反应，生成线型酚醛树 脂，再在碱性条件下加入磺甲基化试剂进行磺化。
为了使高聚物具有高温稳定性，当设计处理剂的分子结构 时，主链联结方式应是-C-C-，-C-S-，-C-N-键等，而避 免引入-O-键。 原子间的键能（298K）
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高聚物类降滤失剂——小结
4.水化基团结构的性能比较
几乎所有高聚物处理剂的水化基团都是-COONa，-ONa和SO3Na，但它们在钻井液中的行为，即抗盐、钙能力却有显 著不同。
高聚物类降滤失剂——小结
2.高聚物的吸附性能
➢ 吸附量随浓度增加而增大，达到吸附平衡后，对浓度依 赖性变小。
➢ 高聚物在固-液界面上的吸附状态见下图：
高聚物的吸附状态
1，大部在表面上；2，部分被吸附，部分向溶液；3，少部分被吸附大部 卷曲伸向溶液；4，堆集在表面上
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高聚物类降滤失剂——小结
3.主链结构
➢ 在高温下，淀粉容易降解，效果变差。如温度超过120℃，淀粉将完全降解 而失效。国内外在温度较低、矿化度较高的环境下，已广泛使用淀粉作为降 失水剂。在饱和盐水钻井液中，淀粉是经常使用的一种降滤失剂 。
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（五）淀粉类降滤失剂
➢ 用淀粉及其衍生物作为钻井液用降滤失剂已有较长的 历史。到1987年，世界淀粉处理剂产量达88000t，仅 次于铁铬木素磺酸盐和褐煤类产品，居第三位。
➢ 缺点是在钻井液中比较容易起泡，必要时需配合加入消泡剂。
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（3）磺化褐煤树脂
➢ 是褐煤中的某些官能团与酚醛树脂通过缩和反应 所制得的产品。
➢ 在缩和反应过程中，为了提高钻井液的抗盐、抗 钙和抗温能力，还使用了一些聚合物单体或无机 盐进行接枝和交联。
➢ 该类降滤失剂中比较典型的产品有国外常用的 Resinex和国内常用的SPNH。