常用的降濾失劑有哪些

時間：2019-03-01作者：寧津縣嘉和節(jié)能材料有限公司瀏覽：775

常用的降濾失劑

1．羧甲基纖維素纖維素是一種**高分子化合物，其結(jié)構(gòu)是聚p一葡萄糖，由于分子鏈上的羥基形成分子內(nèi)和分子間氫鍵而產(chǎn)生結(jié)晶，故不溶于水。經(jīng)改性后可生成水溶性的改性纖維素。羧甲基纖維素(CMC)是纖維素的改性產(chǎn)物，其鈉鹽在油田中有廣泛的應(yīng)用，也稱鈉羧甲基纖維素，其分子結(jié)構(gòu)為：(鈉羧甲基纖維系)CMC是直鏈線型水溶性高分子化合物。它的兩個主要性能指標是相對分子質(zhì)量和取代度(每個失水糖單元上的羥基中的氫被羧甲基取代的數(shù)目)。CMC的相對分子質(zhì)量越高，水溶液粘度越大。工業(yè)上按其水溶液粘度的大小把CMC分成三個等級：高粘度的CMC，在25。C時1%水溶液的粘度為400～500mPa·s，由于其增粘能力強；一般不作為降濾失劑使用；中粘度的CMC，在25%時2%水溶液粘度為50～270m1%·s，可作為一般鉆井液的降濾失劑，既可降低濾失量，同時又可提高鉆井液的粘度；低粘度的CMC，在25。C時2%水溶液粘度小于50mPa·s，可作為加重鉆井液的降濾失劑，以避免引起粘度過大。取代度的高低是決定CMC水溶性的主要因素，取代度大于0．5的CMC才易溶于水，取代度越高其水溶性越好。作為鉆井液處理劑的CMC，取代度為0．6～0．9效果較好。CMC是一種抗鹽、抗溫能力較強的降濾失劑，也有一定的抗鈣能力。降濾失量的同時還有增粘作用，適用于配制海水鉆井液、飽和鹽水鉆井液和鈣處理鉆井液，是目前應(yīng)用廣泛的一種降濾失劑。國內(nèi)鉆5000m以上的**深井時，用CMC作降濾失劑可獲得較好效果。CMC主要是通過穩(wěn)定膠體顆粒作用達到降低濾失量的目的。CMC在鉆井液中解離成長鏈多價負離子，鏈上的羥基與粘土顆粒表面上的氧原子形成氫鍵吸附，一部分羧基與斷鍵邊緣處的鋁離子之間產(chǎn)生靜電吸力，一部分羧基則通過水化作用使粘土顆粒表面形成水化層，同時增加了粘土顆粒表面的f電位。由于CMC分子鏈較長，一個分子可同時吸附多個粘土顆粒，與粘土顆粒形成混合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，避免粘土顆粒相互粘結(jié)變大，從而大大提高了粘土顆粒的聚結(jié)穩(wěn)定性，有利于形成致密而堅韌的濾餅。此外，CMC能提高濾液粘度，以及本身的堵孔作用都可降低濾失量。
2．腐殖酸及其衍生物一腐殖酸是由生物殘體在空氣和水分存在下部分分解的產(chǎn)物，是可以從泥炭、褐煤或某些土壤中提取的**高分子化合物。腐殖酸不是單一的化合物，而是由分子大小不同，結(jié)構(gòu)組成各異的羥基芳香羧酸族組成的混合物，用不同的溶劑可將其分成三個組分：元素分析表明，腐殖酸的化學組成一般為C：55%～65%；H：5．5%～6．5%；0：25%一35%；N：3%一4%；還有少量的S和P。腐殖酸各組分的相對分子質(zhì)量也相差較大，黃腐酸為300—400，棕腐酸為2000～20000，黑腐酸為104—105。腐殖酸的化學結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，目前還不十分清楚，一般認為它是由幾個相似的結(jié)構(gòu)單元組成的大復(fù)合體，每個結(jié)構(gòu)單元又由核、橋鍵和活性基團組成，其主要官能團有羧基、羰基、羥基、甲氧基和醚鍵。腐殖酸及其改性產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)片段可表示為：XOX/C心Cl-t,咀\/舛CI||O其中X=H，Y=H，腐殖酸；X=K，Y=H，腐殖酸鉀，K—Hm；X=Na，Y=H，腐殖酸鈉，煤堿劑，Na—Hm；X=Na，Y=N02，硝基腐殖酸鈉，Na—NHm；X=Na，Y=CH：SO，Na，磺甲基腐殖酸鈉，Na—SMHm。作為降濾失劑使用的主要有下列腐殖酸衍生物。1)煤堿劑煤堿劑(Na—Hm)是由褐煤加適量**和水配制而成的，其中主要有效成分為腐殖酸鈉。褐煤中腐殖酸含量為20%～80%，腐殖酸難溶于水，易溶于堿溶液生成腐殖酸鈉?，F(xiàn)場配制煤堿劑的配比為：褐堿：**：水=15：(1—3)：(50—200)；具體配比視褐煤的腐殖酸含量和實際使用條件而定。由于腐殖酸分子的基本骨架是碳鏈和芳環(huán)結(jié)構(gòu)，因此煤堿劑有很好的熱穩(wěn)定性。室內(nèi)實驗表明，對于淡水鉆井液，在200。C靜置恒溫24h，降濾失性能基本不變。但煤堿劑的抗鹽和抗鈣能力較差。由于腐殖酸分子中含有較多可與粘土顆粒吸附的官能團，特別是鄰位雙酚羥基，又含有水化作用較強的鈉羧基等基團，使腐殖酸鈉既有降濾失作用，又兼有稀釋作用。煤堿劑的降濾失機理在于：含有多種官能團的陰離子大分子腐殖酸鈉吸附在粘土顆粒表面形成吸附水化層，同時提高粘土顆粒的f電位，因而大大增加了粘土顆粒的聚結(jié)穩(wěn)定性，使鉆井液中的粘土顆粒保持多級分散狀態(tài)，易形成致密的濾餅。特別是粘土顆粒的吸附水化膜的高粘度和彈性帶來的堵孔作用，使濾餅較加致密，從而降低了濾失量。此外，它可提高濾液粘度，有利于降低濾失量。2)鉻褐煤鉻褐煤(鉻腐殖酸)是重鉻酸鹽與褐煤的反應(yīng)產(chǎn)物，其中腐殖酸與重鉻酸鹽的質(zhì)量比為3：1或4：1。兩者的混合物在80。C以上反應(yīng)生成腐殖酸或氧化腐殖酸的鉻螯合物，其有效成分是鉻腐殖酸。反應(yīng)包括氧化和螯合兩步，氧化使腐殖酸的親水性增強，同時重鉻酸鹽被還原成cr3+，Cr3+再與氧化腐殖酸或腐殖酸進行螯合。鉻腐殖酸在水中有較大的溶解度，其抗鹽、抗鈣能力都**腐殖酸鈉。鉻腐殖酸既有降濾失作用，又有稀釋作用。尤其是它與鐵鉻鹽復(fù)合使用時，有良好的協(xié)同效應(yīng)。由鐵鉻鹽、鉻腐殖酸和表面活性劑組成的“鉻腐殖酸活性劑鉆井液”具有良好的熱穩(wěn)定性和防塌效果，現(xiàn)場曾在6280m的高溫深井和易塌地層使用。3)硝基腐殖酸硝基腐殖酸是用濃度為3mol/L左右的稀硝酸與褐煤在40～60。C反應(yīng)制成的。投料配比為腐殖酸：硝酸=1：2，反應(yīng)包括氧化和硝化兩步，均為放熱反應(yīng)。反應(yīng)使腐殖酸平均相對分子質(zhì)量降低，羧基增多，并在分子中引入了硝基。硝基腐殖酸再與**作用便得到其鈉鹽。硝基腐殖酸鈉具有良好的降濾失性和稀釋作用，其**特點是抗鹽能力增強。此外，它還具有較高的熱穩(wěn)定性(抗溫可達200。C以上)，抗鈣能力也較強。4)磺甲基褐煤磺甲基褐煤(SMC)是由甲醛和亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉在pH為9～11條件下，與褐煤經(jīng)磺甲基化反應(yīng)制得的。反應(yīng)產(chǎn)物進一步用重鉻酸鹽進行氧化和螯合，生成的磺甲基腐殖酸對鉆井液的處理效果較好。磺甲基褐煤既有降濾失作用又有稀釋作用，其主要特點是熱穩(wěn)定高，在200～220。C的高溫下它能有效地控制淡水鉆井液的濾失量和粘度。其缺點是高溫下的抗鹽性能較差。
3．樹脂類降濾失劑1)磺甲基酚醛樹脂SMP與sP均為磺甲基酚醛樹脂的商品代號，它們的合成路線略有不同。SMP的合成是先在酸性條件(pH=3～4)下使甲醛與苯酚反應(yīng)，生成適當相對分子質(zhì)量的線型酚醛樹脂，再在堿性條件下加入磺甲基化試劑進行磺甲基反應(yīng)。適當控制反應(yīng)條件，可得到磺化度較高，相對分子質(zhì)量較大的產(chǎn)品。反應(yīng)如下：OHOH咀t托印+N棚03旦cH2十jnc心sojNasP的合成是將苯酚與甲醛、亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉一次投料，在堿性條件下，邊縮合邊磺甲基化，生成磺甲基酚醛樹脂?；羌谆尤渲且环N水溶性的不規(guī)則線型高分子，分子結(jié)構(gòu)主要以苯環(huán)、亞甲基橋和c—s鍵組成。分子中的酚羥基為吸附基團，磺甲基為親水基團。它的抗鹽能力和熱穩(wěn)定性均很強，抗溫可達200—2200C。2)磺化木質(zhì)素磺甲基酚醛樹脂縮合物磺化木質(zhì)素磺甲基酚醛樹脂縮合物(SLSP)是一種水溶性線型高分子共聚物。它的制備分兩步完成，首先在堿性催化下，苯酚、甲醛與亞硫酸氫鈉發(fā)生縮合反應(yīng)，生成磺甲基酚醛樹脂。然后將其與磺化木質(zhì)素(紙漿廢液)在甲醛溶液和**存在下，加熱回流進行脫水縮合，在干燥后即可得到SLSP產(chǎn)品。SLSP熱穩(wěn)定性好，抗鹽、抗鈣能力強。用SLSP處理的鉆井液經(jīng)150～180。C高溫后，濾失量變化不大。由于其分子中含有大量的磺酸基團，遇到大量鈉、鈣或鎂離子時，不易產(chǎn)生去水化作用和鹽析現(xiàn)象。SLSP分子鏈上含有羥基等吸附基團，能與粘土顆粒上的氧進行氫鍵吸附?；撬峄鶊F可使粘土顆粒表面的溶劑化水膜增厚，f電位提高，因而可提高粘土顆粒的聚結(jié)穩(wěn)定性。由于SLSP的穩(wěn)定膠體顆粒作用，并能提高鉆井液粘度，從而使濾失量降低。3)磺化褐煤樹脂磺化褐煤樹脂商品名為Resinex，由50%的磺化褐煤和50%的磺甲基酚醛樹脂組成。產(chǎn)品易溶于水，在pH=7—14的各種水基鉆井液中均可使用。它是一種抗鹽耐溫的降濾失劑。在鹽水鉆井液中抗溫可達230。C，抗鹽較高可達1．1×105mg/L；在含鈣量2000mg/L的情況下，仍能保持鉆井液性能穩(wěn)定。在降濾失量的同時，它不增加鉆井液的粘度，尤其在高密度鉆井液中實現(xiàn)了控制濾失量而不增加鉆井液的粘度。用磺化褐煤樹脂處理的鉆井液濾餅滲透性較低，對于穩(wěn)定井壁、預(yù)防粘卡和不堵塞油氣層都是有利的。
4．改性淀粉改性淀粉如羧甲基淀粉、羥乙基淀粉、羥丙基淀粉在鉆井液處理劑中占有重要地位，其用量僅次于鐵鉻鹽和褐煤類產(chǎn)品，居*三位。羧甲基淀粉是在預(yù)膠化淀粉的基礎(chǔ)上，進一步與醚化劑氯乙酸反應(yīng)，然后經(jīng)洗滌、脫水、干燥、粉碎過篩得到的產(chǎn)品；羥乙基淀粉是在預(yù)膠化淀粉基礎(chǔ)上，與氯乙醇或環(huán)氧乙烷反應(yīng)生成的；羥丙基淀粉是在預(yù)膠化淀粉基礎(chǔ)上，與環(huán)氧丙烷反應(yīng)制得的。它們的結(jié)構(gòu)如下：oH乇(教甲基捉粉)(羥乙基淀粉)(羥丙基淀粉)改性淀粉的降濾失機理與鈉羧甲基纖維素類似，由于分子中含有大量羥基、甙鍵和醚鍵，它們能與粘土顆粒上的氧或羥基發(fā)生氫鍵吸附；而強水化基團可使粘土顆粒表面的溶劑化膜增厚，f電位提高；淀粉分子鏈是螺旋狀結(jié)構(gòu)且相對分子質(zhì)量較高，可吸附多個粘土顆粒形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，也有利于提高其聚結(jié)穩(wěn)定性；改性淀粉的增粘性能強，能提高鉆井液中自由水的粘度和降低濾餅的滲濾作用，故改性淀粉加入鉆井液后能大幅度降低濾失量。

5．丙烯酰胺類聚合物丙烯酰胺類聚合物是分子中含有丙烯酰胺(AM)鏈節(jié)的一類共聚物的總稱。1)水解聚丙烯腈聚丙烯腈是由丙烯腈聚合而成的高分子化合物，俗稱腈綸。水解聚丙烯腈(HPAN)是以腈綸生產(chǎn)中的廢絲為原料，用堿水解后得到的產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)如下：-(-CH2--CH專長cH2--CH去七CH2--CH--)7lIlCOONaCONH2CN(水解聚丙烯腈)水解聚丙烯腈在結(jié)構(gòu)上可以看作是丙烯酸鈉、丙烯酰胺、丙烯腈的三元共聚物。分子鏈上的腈基和酰胺基是吸附基團，鈉羧基是水化基團。未水解的腈基在井底高溫堿性條件下可水解成酰胺基或鈉羧基，這樣就緩和了井下高溫對整個分子鏈的作用，故能提高其抗溫性。水解聚丙烯腈處理鉆井液的性能主要決定于其相對分子質(zhì)量和水解程度。相對分子質(zhì)量較高的HPAN降濾失能力比較強，增加鉆井液的粘度也較明顯；相對分子質(zhì)量較低的HPAN降濾失能力較弱，增粘作用也不明顯。水解聚丙烯腈可耐240～250。C高溫，抗鹽能力也較強，但抗鈣能力較弱，遇到高濃度的氯化鈣溶液就生成絮狀沉淀。2)AM和AMPS的共聚物在各類水溶性聚合物中，聚丙烯酰胺(PAM)是性能優(yōu)良，價格*的人工合成產(chǎn)品。它具有良好的增稠、降阻、降濾失、絮凝等作用。其主要缺點是：剪切安定性差，耐鹽性差，熱穩(wěn)定性差，可以通過化學改性方法改善其性能。PAM的改性主要是開發(fā)功能性單體，然后通過與AM共聚，制備具有新的功能的聚合物。在鉆井液處理劑中較引人注目一種改性單體是2一丙烯酰胺基一2一甲基丙磺酸(AMPS)，AMPS可看作是AM的衍生物，其結(jié)構(gòu)如下：宵千H3||l。cH2一cH---C—NH—c—cH2s03HCH3由于AMPS分子中含有強陰離子水溶性的磺酸基團、親水的酰胺基團及不飽和雙鍵，使其具有優(yōu)良的性能?；撬峄鶊F使其具有抗鹽、抗酸、抗堿及熱穩(wěn)定性；酰胺基團使其有很好的水解穩(wěn)定性，而活潑的雙鍵又使其具有聚合性能。AMPS與AM及其他功能性單體可形成二元共聚物、三元共聚物，甚至四元共聚物，在油田中均有應(yīng)用。這些共聚物中，不同單體的引入可使共聚物具有不同的性能，腈基、磺基和吡咯烷酮基都有較好的耐鹽和耐溫性能，酰胺基具有較好的吸附性能，羧基具有較好的水化功能。

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