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(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:
,
•关键词:
钻井液,,APG,,,添加剂流变性生物降解液体损失
•【内容】
•壹､前言
在钻井过程中,,通常都具有壹种失当钻井液遇到可渗透的岩石层时
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,,已经研制且成功这些问题更为严重。在过去的几年中
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:,,有它通常添加剂如膨润土①水化膨胀性粘土
仍需和其它降滤失剂壹起使用;,NaOH②褐煤壹种经或多价金属盐如
NaKFeCrTi;NaKCa､､､､③､､处理而形成的氧化､磺化､磺***化产物
､CrFeTi;,PACs(､､聚阴④聚合物的木素磺酸盐包括羧***纤维素､
离子纤维素)()､合成聚合､生物高分子聚合物如黄原胶和硬葡聚糖
物()､聚半乳糖甘露聚糖及其如丙烯酸和丙烯酰***的均聚或共聚物
衍生物､羧基烷基化或交联的羧基烷基化淀粉。
含有上述,,技术要求添加剂必须满足详细的的钻井液在使用时
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壹种不良的方式影响到:.
泥浆其它的可变特性()。最后的钻如粘性､润滑性､粘土膨胀阻力等
井液,配方仍要考虑必须详尽地综合考虑流体损失和其它流体特性
配方添加剂自身的成本和因使用这些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,,既具和此同时
有环境能够接受的特性,,又兼备多功能作用且能潜在地取代少数功
能单壹品种的添加剂已逐渐为人们所关注。
二､APG
近年来,非离以可再生性天然糖化物或类脂为原料而生产的糖基
子表面活性剂,,已被作为洗涤剂尤其在化妆品和个人护理用品方面
发现具有日益广泛的APG用途颗粒的。这些半天然的表面活性剂及
迅速:应用首先是其优良的润湿性和主要是受俩个良性因素所驱使
乳化性;APG本身低毒和降解迅其次是其高效率的需氧生物降解性。
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。
由葡萄糖和C4~C14的APG(的其中制备产品脂肪醇经生物酶催化
C4~C10的APG,C产品为水溶性12~C14为油溶性),APG,除外其产品
中仍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,APG脂肪醇具有良好而。和其它传统的表面活性剂不同
规律的表面活性,APG以作为钻井液的壹种组成部分的进壹步研究
也许能够获得更多有价值的资料。本文把APG作为降滤失的壹种协
同,使用添加剂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,发当下钻井液中
加入极低浓度的APG即能够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APGAPG颗粒和短链的产品壹样具有
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,APG都显示出较且在对水硬度敏感的环境
高的起泡能力(APG)APG能降低和润湿能力。尤其是具有短链烷基的
水/,油界面张力这使其仍兼备了良好的去污力和乳化特性。其产品
营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
造了壹个宽松的选择空间和因材施用的上佳环境。
三､实验测试
采根据所研究的各个,,配方准备钻井液其流变性及流体损失特性
用API仪器和方法测定。
水溶性的APG(),APG()短链长链经由水不溶性的能够直接加入
10wt%APG/APG的用量以乙醇的乙醇溶解后加入。尽管由于极低的
及商业级APG,使杂质脂肪醇产品中含有本身就具有消泡特性的少量
得,但以应用消泡剂的使用显得不太必要时仍能够加入适量的
避免潜在的起泡问题。
生物降解测试可采用OECD301D(),28经方法天的封闭罐式测试
实验,60%APG,APG“约之上的能够这证实了迅速生物降已经降解
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”(90%2%粘含有石英和
土),705cm,在长度为的岩心样品℃下进行。该岩心样品的半径为
5cm,Hassler,1400lb/in在约被装在容器中2的限制压力下测试。:.
这项测试包括评价岩心对气体和3%KCl(
和kin,b),70kg/cm然后将其在3高压的钻井液中放置2h(1h,1h动态
静态),(k随后测试其对气体和盐水的最终渗透率fin,gas和kfin,b)。
气体和盐水的流动方向和钻井液正好相反。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,“lift-off”(即测试压力
岩心脱去泥饼时的使用压力),“”,之前。然后在测试其回流渗透率
将该岩心用酸进行处理。根据ASTMD1141-75(为替代真实海水制定
的)标准制备细则的详细程序合成海水。
四､流体损失､流变学和辅助效应
被研究的泥浆至少含有壹种水溶性的聚合物及壹种之上的烷基
(),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***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,其对页岩失水的用于水基泥浆时
抑制情况。
在大多数实验中,,APG最好的轻泥浆用来增加实验之间的差异
则在更现实的泥浆体系中研究(6)例。
例1:APG总重量相同的实验用钻配制壹系列含水溶性聚合物和
井泥浆。水溶性聚合物(PAC11)APG∶和规整的和黄原胶的比例为
的比例在确保总重量恒定的前提下有所变化。:.
由实验可知,,APG复将水溶性聚合物和在总含量相同的前提下
配用于减少流体损失的情况和其各自单独作为所谓的使用的添加剂
情况对比,APG,发现单独使用的效果不如和聚合物混合更有效。然而
用APG15%50%替代。添加了的水溶性聚合物能将液体损失减少约
APG的泥浆其粘度几乎没有变化。
例2:()多葡萄糖苷添加到含有将壹定量微量的不同类型的烷基
可溶性聚合物(PAC),规整的的泥浆中和黄原胶配制成壹系列轻质泥
浆。这些泥浆在12016h,HPHTFLAA(其℃老化后高温高压下的流体
损失值),APG(降低约占泥浆以极低的浓度测定结果显示将特定类型
%),HPHT流体损添加到泥浆中即可把老化后泥浆的
失降低至原先的壹半。这种HPHTFL值的降低情况在***葡糖苷或
APGC4,APG仅对长链的泥浆体系是有效的。的泥浆体系中均观察不到
作为参考的其他类型表面活性剂,DME()和乳化剂钻井泥浆
DMS()钻井泥浆表面活性剂在减少流体损失方面的贡献几乎没有。在
同壹类型的泥浆,APG中配方测试且研究了俩种对泥浆润滑性的影
响。含有APG,这也许应该归因于不纯的的泥浆的摩擦系数得以改善
APG脂肪醇的缘故。产品中残存有少量
例3:(tophole)APG后壹个为顶部井眼配制的泥浆用于研究加入
对泥浆特性所起的作用。其结果显示用上述被监控的泥浆,随着其中
APGA(APG),,提组合壹种优化的加入量的增加增强了泥浆的流变性
高了悬浮特性(YP/PV),,较高经济比例因而减少了流体损失。然而
因素限制了APG应用可能性。为顶部井眼使用的:.
例4:1(%和表约占泥浆总重量的展示了几种以不同浓度
%)APGA()不溶于水配制的含有的水溶性聚合物泥浆和作为对
比样的***葡糖苷及APGC4()都是水溶性水溶性聚合物泥浆的对比
试验。
其结果再次表明,APGA增加的用量能够改善泥浆的流体损失。
仅在泥浆流变学上良性的变化也是显而易见的。又壹次表明***葡
糖苷､APGC4(),在含有丁基葡糖苷在这方面没有明显的效果。另外
APGA,据对泥浆存放俩个的泥浆表现出更好的抗微生物侵袭的能力
星期的初步观察,APGD发现仅有不含的泥浆遭受到微生物的侵袭。
例5:2APG按表的加入在硅酸盐体配制的钻井液用于证实由于
系中所产生的差异。实验结果表明,APG的加入有助于改善硅酸盐体
系的流变性､滤液性能及耐温能力。
表2APGA的作用在硅酸盐体系中
泥浆:350g+15g+1g++水规整配方***化钾黄原胶改性淀
粉
4g++5(vol%)+APGA()+氧化见下表膨润土钠盐纯碱硅酸钠
钡
300g+APGA()+12g见下表氧化钡
注:105℃试验温度为
例6:313ppgKCl-APGA表用量用于记录在聚合物泥浆体系中随
的增加其泥浆行为的改变。测定结果表明,该泥浆的耐温能力和高温
滤失性均有所改善。:.
表313ppgKCl-APGA在的作用聚合物体系中
泥浆:350g++1g+规整配方***化钾黄原胶合成海水
PAC1g+PAC1g
例7:4APGA,表后显示了加入能够改善黄原胶溶液的耐温稳定
性。将不含APGAAPGA的黄原胶溶的黄原胶溶液和老化前后均加入
液分别进行老化,,APGA能实验数据表明在黄原胶溶液老化前加入
够充分地保护该聚合物抗热降解的泥浆流变。性能
表4APG的作用在黄原胶溶液体系中
五､地层损害性能
用俩种以碳酸钙聚合物为主的钻井液作对照,其中壹种加入了
APGA()2h,从滤液的角度观察。将这俩种钻井液和岩石接触
其各自的差异。含有APGA29mL(
APIFL)79mL(),的相当于从而证而另壹钻井液的滤液为
实使用APGA添加剂是有效的。岩心作为抑制聚合物流体损失的协同
样品的初始渗透率介于250450mD2136mD~~的盐的气体渗透率和
水渗透率之间,2h,2h超过后岩心的持续渗透该岩心和钻井液接触
率介于含有APGA81%/90%APG气的体的体系盐水的渗透率值和不含
系62%/97%气盐水的渗透率值之间。这俩种钻井液各自的初动压力
均较低(,)。酸化
处理后其渗透率的恢复值为:APGA87%/90%气含有盐水的的体系为
渗透率,APG60%/100%气没有的体系为盐水的渗透率。这些数据表:.
明,APGA,不含这种伤的更高滤失率在岩心内部会造成更多的伤害
害即使通过移去滤饼或酸化处理也难以得到恢复。
六､作用机理
和APG,“”应用壹样聚乙二醇为人所熟知地于水基钻井液中以
改善传统的聚合物体系的HPHT,“”这些聚乙二醇稳定性。实际上
为烷氧基化的文献脂肪醇中所讨论的､酸或***。通常它们是含有和
APG。非离子表面活性剂极为相似的壹个疏水基和亲水基团的
用于解释“”聚乙二醇和其它表面活性剂的降低流体损失聚合物
的温度稳定性机理也许能够拓宽,APG为和传统的降低流体损失聚
合物相互作用而具有上述贡献的显著能力提供壹个解释。即
APG“”棒状的小胶束群能和每壹个聚合物分子通过形成分子间氢键
亦或APG和降低流体损失聚合物之间的疏水基亲水基的相互作用而
联系在壹起。这种相互作用也许能够屏蔽聚合物的氧化降解。
用APG具有降低流体损失协同效应的说法也许有助于解释该机
理的其它可能的因素,:包括
1APG､的表面活性或许影响到钻井液表面和滤饼形成的界面区
域的表面张力和亲水性,,可想而知该相疏水能力的降低必然伴随有
流体损失的降低。
2APG(APGA)､尤其是是非水溶性的也许以形成泥饼的方式堵塞
了地层孔隙而使之变得更不易被渗透。
七､环保因素:.
含有***葡糖苷的水基钻井液在报道中被视为是对环境安全的
钻井液,,APGAPG和之类似的生物也应该能被接受。这种观点已被
降解性和水生毒性的实验所证实。例如含有C8~C14的APG在封瓶试
验中所展示的那样具有“”迅速生物降解能力和可接受的水生毒性
()添加较短的链显示较低的毒性。水生毒性测试不宜用于水不溶性
剂:APGC诸如16~C18的,检测但这些物质不大可能产生毒性问题。
这种观点能够从我们对水溶性APG的研究中得到进壹步强化。
例如在封瓶测试中APGC10~C14､APGC10~C12S()和磺基丁二酸酯
APGC10~C12C()柠檬酸酯都是能够迅速生物降解的。
八､结论
1,只要加入少量的某壹类型､在含有少量固体的聚合物体系中
的APGHPHT的滤液损失。便能有效而显著地降低其
2,､泥浆体系中含有的固体越多取得相同的降滤失效果所需的
APG就越多。
3APG､最有前景的是能和其它水溶性聚合物相互作用而达到最
佳APIAPGA。配方降滤失效果的
4APG,而应该将其视为壹种降滤失剂､不应仅从其自身的角度把
作为壹种和已成功用作泥浆,添加剂且增加了该的聚合物壹起使用
聚合物降滤失效率的协同添加剂来见待。
5APG;实验的加入而改善､泥浆聚合物的温度稳定性能够借助于
数据表明APG能够拓宽天然聚合物泥浆使用的温度限定范围。:.
6,APG､作为辅助效应在聚合物泥浆中添加能够提高该泥浆的润
滑性及抗微生物侵袭的敏感性。
7APGA,、加入这或许因为它有助能够减少钻井液对地层的伤害
于提高对泥浆流体损失的控制。
8APG､配方､生产控制和改善能够作为高兼容性的组分用于泥浆
泥浆体系的气味。
9APG､通常是能够迅速生物降解的。
本文仅探索了有关钻井液成分,尤其是和聚合物表面活性剂之
间的相互作用的壹小部分,,更深意义上的理论仍需做进壹步的研
究。