栲胶在油田钻探中的应用现状和前景
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摘要 随着油田开采环保要求的提高和栲胶类化工技术的发展，油田用栲胶类泥浆助剂在油田钻井过程中，起着越来越重要的作用。本文通过分析栲胶类物质的性质，以及现有栲胶类物质的特点、作用机理和在油田钻探中的应用情况，探讨了栲胶在油田勘探中的应用现状和发展前景。
关键词 栲胶；油田钻探；现状前景
中图分类号TE3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）82-0076-02
随着石油开采技术和设备的不断更新，原来一些不易开采的稠油、热油和深井油项目相继启动，这些项目的实施不仅对相应的开采设备要求较高，对作为石油钻井必不可少的钻井液也提出了较高的要求。由于原有的栲胶类油井钻井液稀释剂，含有大量的脂键，在碱性和高温条件下水解速度将会加快，不适用于高温油井的钻探。但由于栲胶类石油开采化学试剂生产所用原料属于天然材料，具有诸多优点，如：资源丰富、环保易降解、易加工等。随着国家对石油开采行业环保要求的提高，栲胶类石油钻井稀释剂作为环保材料在石油钻井过程中仍具有广阔的应用前景。随着环工技术的发展，通过复配技术使得拷胶类油田化学剂种类得到了极大的丰富，并且性能也得到了很大的提高。新开发的栲胶类油田化学剂具有良好的抗高温性能，部分高温堵剂可耐温近300℃，拷胶类钻井液处理剂耐温也达到了180℃。
栲胶类油田钻井液助剂以其优良天然的特性，随着化工技术的提高，将在未来的油田钻井液助剂的使用中发挥着越来越重要的作用。
1 栲胶类物质的特性
栲胶是一种重要的林化产品，它是以富含单宁的植物根、果壳、树皮、木材等为原料，经过浸提、浓缩和干燥等工艺加工而成。其中除主要成分单宁外，还有非单宁和不溶物。栲胶是一类复杂的混合物的总称。单宁又可分为水解类单宁和凝缩类单宁，水解类单宁主要成分为由多元酚羧酸与糖（如葡萄糖）或多元醇以酯键或苷键结合而成的复杂混合物；凝缩类单宁由黄烷醇等化合物以碳－碳键为主结合而成的复杂聚缩物。栲胶中不具鞣性的水溶性物质，主要成分是糖、简单酚、 有机酸、无机盐、 色素、含氮物质等，各种栲胶的非单宁组成不同。栲胶由于其具有较好的鞣性被广泛应用于制革业，此外还用作选矿抑制剂、锅炉水处理剂、钻井泥浆稀释剂和金属表面防蚀剂等。凝缩类栲胶也作木工胶粘剂。由于植物单宁经过化学加工，制成各种性能不同的栲胶，应用领域得到了很大的拓展。
在油田钻井勘探中，由于栲胶中含有大量的酚类化合物具有较好的水溶性和分散作用，常被用作油田钻井液的化学添加剂，起到分散降黏和凝固络合造壁的作用。栲胶优化稀释钻井液的机理为，其分子上的邻酚羟基通过螯合作用吸附在粘土颗粒表面的断键边缘上的阳离子处，其分子中的亲水基团（ -SO3H、-COOH等） 给吸附处带来水化层，打断了钻井液内部粘土颗粒之间的凝聚结合状态，释放出束缚在粘土团聚结构中的游离水，减小了钻井液流动时的内摩擦阻力，从而起到降粘作用。栲胶防渗机理为，由于栲胶其具有吸附--分散作用，能够通过分散作用使钻井液中的粘土类颗粒细小化，当失水凝聚时，在井壁上形成的泥饼更致密且富有韧性，从而降低了钻井液的滤失量，大大增强了井壁的稳固性。
2 栲胶类物质在油田钻探中的应用现状
在石油钻井过程中，随着钻井设备不断的工作，钻井液温度降将会升高，高温条件下钻井液中的化学处理剂和有机成分会使钻井液体系中的二氧化硅编程硅溶胶，使得钻井液粘性上升，影响钻井速度，甚至引起钻头被泥包裹、卡钻等影响生产的情况。因此，要在钻井液中加入稀释剂，从而降低钻井液的粘稠度，提高油田钻探的效率。钻井液降滤失剂是用以钻井液性能稳定， 减少有害的原有液体向地层渗滤，同时通过自身特点形成井壁保护层，达到稳定井壁的目的。
由于栲胶类物质的优良自然特性，经过化学加工后可以用作油田钻井的降粘剂、钻井液降滤失剂和调剖堵水剂。在80年代初期，我国石油钻探所使用以木质素类和栲胶类油田化学剂，如：铁铬木质素磺酸盐（ FCLS）由于含有铬离子（目前在不少油田仍在使用）。这类稀释剂是由单宁与重金属离子之间形成的络合物。由于重金属离子的存在会对环境造成污染，为了避免此类稀释剂对环境造成的污染，在90年代以后，对单宁进行优化复配，开发能用于不分散聚合物钻井液体系中的植物酚类钻井液添加剂的研究，主要集中在聚合木质素、木质素与单宁结合物的研究。以橡碗栲胶和落叶松栲胶为原料开发出了新型栲胶如：铁锡栲胶-木质素磺酸盐（FSLS）、磺化栲胶（SMK）、磺化单宁（SMT）等磺化产品。磺化类产品是在栲胶分子上引入耐盐性好的磺甲基团，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下进行，反应温度为：70℃～100℃，反应时间约4h～6h。这类栲胶避开了重金属离子的添加，同时新的栲胶具有抗温、抗盐、降滤失的作用，同时还具有环保安全的特点。近年来又有以栲胶和褐煤为主要原料，经磺化鳌合等工艺制得的改性栲胶，该产品在实际应用中表现出较好的抗高温性和降滤失水性，产品中不含重金属，环保性较好。目前，针对栲胶的吸附--分散特点开发出的钻井液降滤失剂，化工行业通过化学加工将单宁中的酚类化合物进行改性聚合，提高单宁的分子质量，能够很好地提高栲胶对钻井液的分散性能，使得其造壁性能大大提高，从而能够针对钻井过程中不同的地质条件有针对性的进行添加，增加了油田化学添加试剂的可选择范围，达到油田化学剂用量少，效率高的目的。目前，各类钻井液用栲胶类产品仍广泛应用于全国各大油田，每年的总需求量约近万吨。虽然对于栲胶类化学剂科研工作者进行了大量的研究，并且合成了一些新的栲胶类添加剂，但目前仍不能满足油田钻井行业对于油田钻井液添加剂高效、价廉的要求。
3 栲胶类物质在油田钻探中的应用前景
随着石油资源的减少和人类对石油资源依赖性的增强，一些开采难度大，如原油较稠、油温较高、地质条件复杂等的油田，也被纳入了开采计划，这类油田在开采过程中，无论对开采技术和开采量都提出了更高的要求。栲胶作为油田钻井重要的添加剂，在未来油井开采过程中，必须要经过不断的加工改性来适应高难度油井的要求。针对未来油田开采的特点，未来栲胶性能发展的主要趋势主要为，开发耐高温、耐盐、高防渗和耐高压失水的栲胶类油田化学试剂。由于栲胶类物质具有大量的脂键，在高温条件下易水解，在开采高温油井时其效率将大大降低，而木质素的抗温能力则较强，但它在粘土表面的吸附能力不如单宁，因此可以考虑将两者结合，开发出具有抗高温的新型栲胶。
随着国家对各行业环保要求的提标，作为油田钻井液添加剂，如何避免环境污染也成为油田化学剂选择的一个标准。栲胶生产原料为植物，具有可再生性，并且栲胶可以经微生物分解，消除的对环境的污染。为了增强栲胶的性能，在进行化学合成时添加重金属离子，能大大提高栲胶类化学剂的性能，但这会给环境带来的一定的污染。因此，在新型栲胶研制过程中应该尽量避免污染物质的引入，从而满足油田钻井液添加剂的环保要求。栲胶不仅具有缓凝效果，由于其对于造壁过程也起着重要的作用，并且其对于环境的危害要远小于化学合成的分散剂，所以在油田钻井液添加剂的使用中，栲胶具有非常重要作用。
4结论
栲胶类油田钻井液添加剂，具有较好的稀释和降滤失性能，并且具有天然材料的优点，能够很好的满足环保要求，是良好的油田钻井液添加剂。栲胶的原料来源非常广泛，无论是南方北方皆有适生的富含单宁植物，由于是利用植物的果壳、树皮、根茎等，非常有利于森林的综合利用。随着退耕还林政策的落实，栲胶原料的资源越来越丰富。虽然栲胶类物质在油田中得到了很好的应用，但目前由于栲胶化学合成技术的限制，仍不能完全满足石油开采行业对于钻井液添加剂的要求。但由于栲胶类物质的优良特性，随着合成技术的进步，在未来油田钻井液添加剂中，栲胶将起着不可替代的作用。
参考文献
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