[摘要]天然野生植物膠是配制無粘土沖洗液的主要原材料。近年來,隨著環(huán)保意識(shí)的逐漸加強(qiáng),野生植物資源的開采受到極大限制,植物膠已面臨**枯竭的狀況。故需要尋找可替代的植物膠資源。目標(biāo)是原料易得,可種植再生或人工合成,且成本較低。作者以一種可種植再生的植物膠瓜爾膠為研究對(duì)象,通過適度交聯(lián)改性和性能控制等手段,形成可滿足鉆進(jìn)要求的新型復(fù)合膠無粘土沖洗液。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試用,效果較好,完全滿足地質(zhì)鉆探的要求。

[關(guān)鍵詞]植物膠;瓜爾膠;PHP;交聯(lián)劑;改性

1.問題提出
天然野生植物膠是新型復(fù)合無粘土沖洗液的主要原料。近年來,國家越來越重視對(duì)環(huán)境的保護(hù),并制定了相應(yīng)的法律、法規(guī)來保護(hù)植被使其免遭破壞。因此,原來被地質(zhì)鉆探和工程地質(zhì)勘察廣為采用的天然SM植物膠已面臨原料枯竭、采集困難的情況。現(xiàn)在迫切需要尋找出可替代SM植物膠的,原料易得,可再生合成,成本較低的配制無粘土沖洗液的新植物膠。本文就是想通過對(duì)植物膠改性方面的探討,來達(dá)到這個(gè)目的。

2.研究思路
植物膠在鉆井液中的主要作用是保持體系有適當(dāng)?shù)恼扯群颓辛Α?shí)踐表明,若將單一的植物膠液直接用做泥漿處理劑或配制成無固相沖洗液,其性能效果均不理想,所以必須對(duì)植物膠進(jìn)行改性處理。通常是通過向植物膠液中加入適當(dāng)?shù)慕宦?lián)劑和處理劑,使其發(fā)生交聯(lián)作用、橋接作用和水化作用,使膠粒變得更為致密。具體的改性方法有兩種:一為交聯(lián)劑改性;另一種是復(fù)合改性。其中交聯(lián)劑改性又可分為無機(jī)交聯(lián)劑改性和有機(jī)交聯(lián)劑改性兩種。本文以石油工業(yè)中常用的一種壓裂液原料瓜爾膠為交聯(lián)改性對(duì)象,通過交聯(lián)劑以及交聯(lián)控制劑的選擇,進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究,篩選出*優(yōu)復(fù)合方案,并將研制產(chǎn)品投入到現(xiàn)場(chǎng)試用。

3.植物膠的改性
3.1　植物膠的品種篩選
國內(nèi)外用于提高無粘土沖洗液粘度的植物膠很多,如:瓜爾膠或羥丙基瓜爾膠、魔芋膠、田菁、鉆井粉等等。根據(jù)改性要求,篩選的基本原則是資源豐富、性能穩(wěn)定、易于采集加工、成本低廉。在進(jìn)行了大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)對(duì)以下常用的幾種植物膠原液進(jìn)行了性能對(duì)比,其結(jié)果如表1所示。從表1可以看出:在相同溶液濃度下,羥丙基瓜爾膠的增粘效果*好,其漏斗粘度、表觀粘度、塑性粘度均大大超過了其他幾種植物膠原液。另外羥丙基瓜爾膠目前在中國已有幾個(gè)種植與生產(chǎn)配套的生產(chǎn)企業(yè),可確保原料來源豐富,性能穩(wěn)定可靠,完全能滿足沖洗液的推廣應(yīng)用和長期使用的要求。其他幾種植物膠雖然性能上也可滿足沖洗液的基本要求,但是都存在著原料來源不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。因此,本研究中確定羥丙基瓜爾膠作為改
性的主要研究對(duì)象。
3.2　交聯(lián)劑改性品種的選擇
根據(jù)沖洗液的性能的綜合要求,交聯(lián)體系應(yīng)盡量以線**聯(lián)為主,應(yīng)抑制和控制體形交聯(lián),同時(shí)也要求交聯(lián)體應(yīng)具有一定的強(qiáng)度和足夠的穩(wěn)定性。達(dá)到這幾項(xiàng)要求都與交聯(lián)劑類型的選擇有關(guān),目前在鉆井壓裂液中采用的交聯(lián)劑,主要是有機(jī)金屬鋯、鈦、有機(jī)硼、有機(jī)硼-鋯、硼砂交聯(lián)劑和FeCl3等等。考慮到有機(jī)過渡金屬鋯和鈦價(jià)格比較昂貴,研究中僅對(duì)有機(jī)硼、PS交聯(lián)劑和三價(jià)鐵作了對(duì)比。
在相同試驗(yàn)條件下,PS交聯(lián)劑對(duì)羥丙基瓜爾膠交聯(lián)形成的交聯(lián)體結(jié)構(gòu)*為穩(wěn)定,保存時(shí)間*長,完全能夠滿足沖洗液現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的要求。而且PS交聯(lián)劑來源廣、成本低,是較為理想的交聯(lián)劑。因此擬選擇PS交聯(lián)劑為瓜爾膠改性的基本交聯(lián)劑。
3.3　交聯(lián)控制劑的選擇
交聯(lián)控制劑目的是控制植物膠交聯(lián)體系為線**聯(lián),改善溶液流變特性,提高溶液成膜護(hù)芯作用,并且應(yīng)盡量兼顧沖洗液的其他性能要求(如潤滑減阻、絮凝清潔等等)。因此,在確定了植物膠的種類和適宜加量的基礎(chǔ)上,進(jìn)行交聯(lián)控制劑(合成高分子聚合物)的選擇是又一重要工作。這里所指的合成高分子聚合物主要系指工業(yè)化生產(chǎn)合成的高分子聚合物。用于無粘土沖洗液的高聚物一般有:羥乙基纖維素(HEC)、鈉羧甲基纖維素(CMC)、生物聚合物(XC)、水解聚丙烯酰胺(PHP)、未水解聚丙烯酰胺(PAM)等等,以下是幾種高聚物與羥丙基瓜爾膠復(fù)合后配制無粘土沖洗液的性能測(cè)試結(jié)果。