聚糖_木质素钻井液处理剂作用效能评价(1)

第28卷第1期2011年3月25日

4092(2011)01-004-05文章编号:1000-

油田化学

OilfieldChemistry

Vol.28No.125March，2011

*

-聚糖木质素钻井液处理剂作用效能评价

陈

刚，张

洁，张

黎，杨乃旺

(西安石油大学化学化工学院，陕西西安710065)

摘要:通过木质素磺酸钙LS与甲醛、伯/仲胺的Mannich反应制备了一系列木质素磺酸钙Mannich碱LM，再与杂聚糖SJ反应制备出系列聚糖-木质素SL。利用红外光谱对其进行结构表征，室内考察了SL作为钻井液处理剂对水基钻井液的黏度、切动力和滤失量等性能的影响。结果表明，常温下多数聚糖-木质素在水基钻井液中具有增黏作用和弱的降滤失作用，在高温热处理(180℃×24小时)后，对钻井液大多有一定的稀释作用，塑性黏度都比较适中，可SL水不溶物处理的钻井液的塑性黏度PV、明显改善塑性黏度和动塑比，且具有一定的降滤失作用。与基浆相比，切SJ钻井液相比，动力YP、表观黏度AV、静动力G均有所增加，但明显低于SL水溶物处理的钻井液的相应指标;与LS、SL水不溶物处理的钻井液，动塑比显著提高，滤失量小于SL水溶物处理的钻井液，降滤失性能优良，其中水不溶物SL1－2(合成原料中的胺为二甲胺)处理钻井液的降滤失性效果最好，高温处理后滤失量仅为12.7mL。图2表4参9关键词:木质素;聚糖;反应;钻井液处理剂中图分类号:TE254+.4

文献标识码:A

在使用过程中，随着温度升高膨润土浆钻井液中的化学处理剂及有机物成分会促进体系中二氧化

硅的溶胶化而形成硅溶胶(即硅酸钠)，使钻井液的黏度逐渐增大。如果钻井液黏度和切力过大，则使钻井液流动阻力过大、能耗过高，严重影响钻速，此外还会引起钻头泥包、卡钻、钻屑在地面不易除去和钻井液脱气困难等问题，因此需要在钻井液中加入稀释剂以降低体系的黏度。目前在钻井液中应用的木质素磺酸钙类稀释剂采用木质素磺酸的铁、铬络合物等体系

［14］

1

1．1

实验部分

实验试剂与仪器

木质素磺酸钙、膨润土，长庆油田钻井公司提

供;SJ杂聚糖，实验室自制;其余药品均为市售分析纯试剂。

D6型六速旋转黏度计、ZNS型主要仪器:ZNN-GJ-3S型数显式高速搅拌机、钻井液失水测定仪，

BGRL-5型滚子加热炉。1．2

聚糖-木质素的制备

［57］

，参照文献将一定量木质素磺酸钙加入烧

加适量水(或者甲醇-水溶液)后逐滴加入胺，瓶中，

再搅拌使其混合均匀，安装温度计、冷凝管和搅拌

，过渡金属离子尤其是铬(Ⅲ)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钙衍生物作为钻井液用处理剂的性能，充分利用木质素资源，本研究采用木质素磺酸钙与甲醛、伯/仲胺通过Mannich反应制备了一系列木质素磺酸钙Mannich碱，将木质素磺酸钙Mannich碱与杂聚糖高温密闭下进行聚合反应，制备了系列聚糖-木质素类钻井液处理剂，并通过室内实验考察了其对水基钻井液的黏度、切力、滤失量等性能参数的影响。

*

06-28;修改日期:2010-12-23。收稿日期:2010-

器，滴加预定量的甲醛溶液后升温至回流，反应保持

3个小时左右。反应完成后过滤，将滤液蒸干(蒸出过量甲醛和胺)，得到木质素磺酸钙的Mannich碱，记为LM。取适量LM于反应釜中，加入SJ杂聚糖

11，搅拌均匀，调pH为10封好放入高温滚子炉中，在180℃下滚动反应24小时，得到聚糖-木质素，

“环保型聚糖-(项目编号50874092)。基金项目:国家自然科学基金项目木质素钻井液体系的应用基础研究”

作者简介:陈刚(1977－)，男，副教授，中科院昆明植物研究所植物学博士(2007)，研究方向为有机合成和油田化学，通讯地址:710065

E-mail:gangchen@xsyu．edu．cn。西安市电子二路18号，电话:029－88382693，

记为SL。将混合溶液过滤，沉淀物用水洗涤3次后

烘干为水不溶物部分，滤液蒸干得到水溶物部分。反应式如图1所示，采用不同胺制备的聚糖-木质素

如表1所示

。

图1表1

胺二甲胺二乙胺二乙醇胺吗啡啉二乙烯三胺二正丁胺

CH2CH2NH2CH2CH2NH2CH2CH2CH2CH3CH2CH2CH2CH3

H

HR1CH3CH3C2H5C2H5C2H4OHC2H4OH

聚糖-木质素的制备聚糖-木质素的制备结果

R2CH3CH3C2H5C2H5C2H4OHC2H4OH

产物SL1－1SL1－2SL2－1SL2－2SL3－1SL3－2SL4－1SL4－2

CH2CH2NH2CH2CH2NH2CH2CH2CH2CH3CH2CH2CH2CH3

SL5－1SL5－2SL6－1SL6－2SL7－1SL7－2

备注水溶物水不溶物水溶物水不溶物水溶物水不溶物水溶物水不溶物水溶物水不溶物水溶物水不溶物水溶物水不溶物

(CH2CH2)2O(CH2CH2)2O

环己胺

1．3钻井液的配制与陈化

向大烧杯中加入一定量的清水，边搅拌边加入

0.2%的碳酸钠，再边搅拌边加入4%的膨润土，加完后继续搅拌1小时，然后密封放置陈化24小时后备用。

向上述陈化后的基浆中加入1.2节中制备的0.3%的聚糖-木质素处理剂，高速搅拌30分钟后再溶胀6小时备用。1．4

钻井液效能评价实验

1997《水基钻井液现根据国家标准GB/T16783-场测试程序》中规定的方法，采用比重秤测定密度，六速旋转黏度计测定表观黏度(AV)、塑性黏度(PV)、动切力(YP)和静切力(G)，钻井液失水量测定仪测定滤失量(FL)。处理浆的老化条件为:180℃×24小时。

图2

SL1－1和SL1－2的红外光谱图

图中聚糖-木质素水溶物和水不溶物的红外图谱大

－1

致相当，其中SL1－1在3403cm左右宽而强的吸收

2952、2860cm－1左右的吸峰为O—H的伸缩振动，

1631cm－1收峰为甲基和亚甲基C—H的伸缩振动，

1592cm－1处宽而强吸处吸收峰为羰基的振动吸收，

1200cm－1左右的宽吸收带为苯环的骨架振动吸收，

－1

收峰为磺酸基的振动吸收。SL1－2在3423cm左右

2

2．1

结果与讨论

聚糖-木质素的红外光谱

以SL1－1和SL1－2的红外光谱为例，如图2所示

。

2962、2823宽而强的吸收峰为O—H的伸缩振动，

cm－1左右的吸收峰为甲基和亚甲基C—H的伸缩振

聚糖-木质素作为钻井液添加剂的性能评价在基浆中分别加入0．3%的木质素磺酸钙LS

1631cm－1处吸收峰为羰基的振动吸收，1600动，

1200cm－1处宽而强吸收带为苯环的骨架振动吸收，SL1－1的O—H的cm－1的吸收并不明显。两者相比，

伸缩振动吸收较宽而强，并且有磺酸基的振动吸收，这与其溶解性可以相互对应。通过对SL1－1和SL1－2的红外光谱图进行分析，可以看出两者具有相近的结构，其溶解性的差异可能由其高分子链的长度和含有磺酸基的数量不同引起的。

表2

处理剂空白LSSJ

热滚前热滚后热滚前热滚后热滚前热滚后

PV/mPa·s3．004．603．508．103．605．00

2．2

和杂聚糖SJ，考察处理剂对钻井液性能的影响，结果如表2所示。主要指标包括塑性黏度PV和动切API滤失量FL以力YP、表观黏度AV和静切力G10S、及动塑比。

加有木质素磺酸钙LS或杂聚糖SJ钻井液的性能评价

YP/Pa2．001．303．750．903．201．50

AV/mPa·s5．005．097．259．006．806．50

G/Pa0．60．252．500．252．700．25

FL/mL12．517．49．8017．39．5018．2

YP/PVPa/mPa·s0．670．281．070．1 …… 此处隐藏：7377字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……