【高考生物】用于化妆品的可生物降解表面活性剂在钻井液中的应用

（生物科技行业）用于化妆品的可生物降解表面活性

剂在钻井液中的应用

用于化妆品的可生物降解表面活性剂在钻井液中的应用

•类别：

石油工业

•作者：

LuiF.Nicora,WilliamM.Mcgregor

•关键词：

钻井液,添加剂,APG,生物降解,液体损失,流变性

•【内容】

•一､前言

在钻井过程中,当钻井液遇到可渗透的岩石层时,通常都具有一种失去水相(“流体损失”)的自然趋势,尤其是在那些超过岩石孔隙压力的高压井中,这些问题更为严重。在过去的几年中,已经研制并成功地使用了各种各样的控制流体损失的添加剂。在静态和动态条件下,它们能在井壁上结成滤饼,其粘性又不足以限制钻井液在井中的循环,且其不可渗透性却足以减少因渗入地层而产生的液体的损失。用于钻井液中最著名的添加剂有:①水化膨胀性粘土,如膨润土,它通常还需和其它降滤失剂一起使用;②褐煤,一种经NaOH或多价金属盐如Na､K､Fe､Cr､Ti处理而形成的氧化､磺化､磺甲基化产物;③Na､K､Ca､Cr､Fe､Ti的木素磺酸盐;④聚合物,包括羧甲基纤维素､PACs(聚阴离子纤维素)､生物高分子聚合物(如黄原胶和硬葡聚糖)､合成聚合物(如丙烯酸与丙烯酰胺的均聚或共聚物)､聚半乳糖甘露聚糖及其衍生物､羧基烷基化或交联的羧基烷基化淀粉。

含有上述添加剂的钻井液在使用时,必须满足详细的技术要求,然而由于岩层高度的多变性､温度及压力条件等因素的影响,添加剂的用量或为达到预期效果而选用的添加剂种类需要作较大的变动。正是由于这些添加剂或其使用,通常也会以一种不良的方式影响到泥浆其它的可变特性(如粘性､润滑性､粘土膨胀阻力等)。最后的钻井液配方必须详尽地综合考虑流体损失和其它流体特性,还要考虑配方自身的成本和因使用这些添加剂而带来的生物降解及其潜在的环境污染等问题。这类环保问题已逐渐为人所重视,与此同时,既具有环境可以接受的特性,又兼备多功能作用,并能潜在地取代少数功能单一品种的添加剂已逐渐为人们所关注。

二､APG

近年来,以可再生性天然糖化物或类脂为原料而生产的糖基非离子表面活性剂作为洗涤剂,尤其在化妆品和个人护理用品方面,已被发现具有日益广泛的用途。这些半天然的表面活性剂及APG颗粒的迅速应用主要是受两个良性因素所驱使:首先是其优良的润湿性和乳化性;其次是其高效率的需氧生物降解性。APG本身低毒和降解迅速的良好品质成为其在众多领域得以大量应用的关键所在。

由葡萄糖与C4～C14的脂肪醇经生物酶催化制备的APG产品(其中C4～C10的APG产品为水溶性,C12～C14为油溶性),除APG外,其产品中还不可避免地含有少量足以拓宽其商业使用价值的异构体及烷基链长不同的脂肪醇。与其它传统的表面活性剂不同,APG具有良好而规律的表面活性,以APG作为钻井液的一种组成部分的进一步

研究也许可以获得更多有价值的资料。本文把APG作为降滤失的一种协同添加剂使用,室内研究了其对钻井液降滤失特性的增益情况以及作为糖基表面活性剂聚合物为环境接受的可能性,发现在钻井液

中加入极低浓度的APG即可以极大地改善整个泥浆系统的所有特性。

以适当溶剂溶解的长链的APG颗粒与短链的APG产品一样具有良好的水溶性,能够发出令人愉悦的气息,其水溶液呈现出较低的粘度和较好的牛顿流变性,且在对水硬度敏感的环境APG都显示出较高的起泡能力(尤其是具有短链烷基的APG)和润湿能力。APG能降低水/油界面张力,这使其还兼备了良好的去污力和乳化特性。其产品中所含脂肪链基长短的巨大变化为其在获得最佳HLB值的范围内,营造了一个宽松的选择空间和因材施用的上佳环境。

三､实验测试

根据所研究的各个配方准备钻井液,其流变性及流体损失特性,采用API仪器和方法测定。

水溶性的APG(短链)可以直接加入,水不溶性的APG(长链)经由10wt%的APG/乙醇的乙醇溶解后加入。尽管由于极低的APG用量以及商业级APG产品中含有本身就具有消泡特性的少量脂肪醇杂质,使得消泡剂的使用显得不太必要,但应用时仍可以加入适量的消泡剂以避免潜在的起泡问题。

生物降解测试可采用OECD301D(封闭罐式测试)方法,经28天的实验,约60%以上的APG已经降解,这证实了APG可以“迅速生物降解”的性质。

润滑性测试采用的是OFITE润滑测定仪。

地层损害测试是用“Clashachsandstone”(含有90%石英和2%粘土)的岩心样品,在70℃下进行。该岩心样品的半径为5cm,长度为5cm,被装在Hassler容器中,在约1400lb/in2的限制压力下测试。这项测试包括评价岩心对气体和3%KCl盐水的初始渗透率(k i n.g a s和k i n,b),然后将其在70kg/cm3高压的钻井液中放置2h(1h 动态,1h静态),随后测试其对气体和盐水的最终渗透率(k f i n,g a s和

k f i n,b)。气体和盐水的流动方向与钻井液正好相反。放置2h期间的流体损失也附带地被测量。岩心渗透实验完成后,测试“lift-off压力”(即岩心脱去泥饼时的使用压力)。然后,在测试其“回流渗透率”之前,将该岩心用酸进行处理。根据ASTMD1141-75(为替代真实海水制定的标准细则)的详细程序制备合成海水。

四､流体损失､流变学和辅助效应

被研究的泥浆至少含有一种水溶性的聚合物及一种以上的烷基(多)葡萄糖苷,且这些泥浆具有有效地减少流体损失和较好地抑制加热老化的特性。此外,其润滑性和抗细菌侵袭的敏感性也得到了改善。

曾报道过有关高浓度甲基苷在水基钻井液中具有良好的页岩稳定作用。我们正在研究的是当APG用于水基泥浆时,其对页岩失水的抑制情况。

在大多数实验中,轻泥浆用来增加实验之间的差异,最好的APG 则在更现实的泥浆体系中研究(例6)。

例1:配制一系列含水溶性聚合物和APG总重量相同的实验用钻井泥浆。水溶性聚合物(规整的PAC与黄原胶的比例为1∶1)和APG的比例在确保总重量恒定的前提下有所变化。

由实验可知,在总含量相同的前提下,将水溶性聚合物和APG复配用于减少流体损失的情况与其各自单独作为所谓的添加剂使用的情况对比,发现单独使用APG的效果不如与聚合物混合更有效。然而,用APG替代15%的水溶性聚合物能将液体损失减少约50%。添加了APG的泥浆其粘度几乎没有变化。

例2:将一定量微量的不同类型的烷基(多)葡萄糖苷添加到含有可溶性聚合物(规整的PAC和黄原胶)的泥浆中,配制成一系列轻质泥浆。这些泥浆在120℃老化16h后,其HPHTFLAA(高温高压下的流体损失值)降低,测定结果显示将特定类型APG以极低的浓度(约占泥浆总重的0.008wt%)添加到泥浆中,即可把老化后泥浆的HPHT 流体损失降低至原先的一半。这种HPHTFL值的降低情况在甲基葡糖苷或APGC4的泥浆体系中均观察不到,仅对长链的APG泥浆体系是有效的。