環(huán)境友好型無(wú)機(jī)提黏劑合成及表征

董宏偉，高 潔，劉 偉

（1.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710016；2.川慶鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院，陜西西安 710016）

隨著我國(guó)石油工業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在鉆井技術(shù)中，對(duì)鉆井液的使用提出了更高的挑戰(zhàn)，尤其是鉆井液的環(huán)保問(wèn)題，受到國(guó)家環(huán)保法律政策的規(guī)范和限制。因此，立足當(dāng)前環(huán)保鉆井液技術(shù)的發(fā)展，探索新型的環(huán)保鉆井液技術(shù)[1-5]，對(duì)于鉆井技術(shù)的發(fā)展具有舉足輕重的作用。

鉆井液被譽(yù)為鉆井的“血液”，當(dāng)完成鉆井工程使命后，不能回收利用部分的處理是解決鉆井液環(huán)保性的難點(diǎn)[6-9]，特別是鉆井液使用的提黏劑如聚陰離子纖維素PAC-HV、羧甲基纖維素鈉CMC、黃原膠XCD、瓜爾膠、丙烯酸類(lèi)聚合物等產(chǎn)品，使鉆井液COD值、BOD5值普遍偏高，使排放物的指標(biāo)更難達(dá)到國(guó)家要求的排放指標(biāo)[10-13]，目前的處理辦法，極易造成二次污染，也是國(guó)家嚴(yán)令預(yù)防的，因而低COD值、BOD5值、毒性小，有利于后期處理的鉆井液提黏劑是目前解決環(huán)保鉆井液的關(guān)鍵。本文通過(guò)合成的無(wú)機(jī)提黏劑G339，其COD值、BOD5值較常規(guī)提黏劑大大降低，解決了常規(guī)提黏劑的COD值、BOD5值普遍偏高的問(wèn)題，提高了鉆井液的環(huán)保性能。

1 無(wú)機(jī)提黏劑G339的合成

1.1 合成條件

無(wú)機(jī)提黏劑的合成是液相共沉淀法，反應(yīng)壓力為常壓，反應(yīng)溫度為常溫。

1.2 無(wú)機(jī)提黏劑G339合成步驟

（1）三口燒瓶中加入一定量的水，根據(jù)摩爾配比（1：1～1：3），稱(chēng)量一定量的無(wú)機(jī)鹽AlCl3、無(wú)機(jī)鹽MgCl2和改性劑（十二烷基硫酸鈉/十二烷基苯磺酸鈉/十二烷基單磷酸鉀），攪拌條件下分別加入三口燒瓶中，充分?jǐn)嚢瑁?/p>

（2）待三者完全溶解后，攪拌條件下加入共沉淀劑5:1（V/V）稀釋的氨水，調(diào)pH值；

（3）待調(diào)pH值達(dá)到9.5時(shí)，停止加入氨水，反應(yīng)期間，每加入一次氨水，測(cè)定一次乳液pH數(shù)值，并作記錄；

（4）陳化0.5 h～1 h；

（5）抽真空過(guò)濾，并且洗滌反應(yīng)生成的鹽，形成濾餅；

（6）將濾餅密閉于玻璃瓶中，70 ℃～80 ℃恒溫（膠溶步驟）24 h，得溶膠產(chǎn)品。同時(shí)取少量樣品，以作備用。

2 無(wú)機(jī)提黏劑G339評(píng)價(jià)

2.1 無(wú)機(jī)提黏劑G339提黏效果評(píng)價(jià)

基漿配方：3 %土漿+0.1 %NaOH；實(shí)驗(yàn)漿：基漿+1.5 %的樣品；SBS：十二烷基硫酸鈉；SDBS：十二烷基苯磺酸鈉；PK：十二烷基單磷酸鉀（見(jiàn)表1）。

由表1可知，改性后的無(wú)機(jī)提黏劑G339提黏效果均比正電膠較好；PK插層改性共沉淀樣品的提黏效果最好，表觀黏度提高率達(dá)到300.00 %，動(dòng)切力提高率達(dá)到350.00 %。

2.2 無(wú)機(jī)提黏劑G339環(huán)保指標(biāo)評(píng)價(jià)

環(huán)保性評(píng)價(jià)參考標(biāo)準(zhǔn)：《水溶性油田化學(xué)劑環(huán)境保護(hù)技術(shù)評(píng)價(jià)方法》，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：SY/T6788-2010和《水溶性油田化學(xué)劑環(huán)境保護(hù)技術(shù)要求》，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：SY/T6787-2010，評(píng)價(jià)結(jié)果（見(jiàn)表2、表3）。

由表2、表3可以看出，無(wú)機(jī)提黏劑G339與常規(guī)的提黏降失水劑相比，COD值、BOD5值和TOC值明顯降低，BOD5/CODcr≥0.05，易降解，生物毒性為無(wú)毒，電導(dǎo)率、重金屬離子符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB8978-1996，屬于環(huán)保型鉆井液處理劑。

表1 無(wú)機(jī)提黏劑G339流變性能指標(biāo)Tab.1 Rheological properties of inorganic adhesive cutting agent G339

表2 無(wú)機(jī)提黏劑G339與常用提黏降失水劑環(huán)保指標(biāo)對(duì)比Tab.2 Comparison of environmental protection indexes between G339 and common tackifier

表3 無(wú)機(jī)提黏劑G339與常用提黏降失水劑環(huán)保指標(biāo)對(duì)比Tab.3 Comparison of environmental protection indexes between G339 and common tackifier

圖1 不同改性無(wú)機(jī)提黏劑G339掃描電鏡照片（掃描倍數(shù)為1 000倍）Fig.1 Stereoscan photograph of different modified inorganic adhesives G339

3 無(wú)機(jī)提黏劑G339產(chǎn)品表征

從圖1可以看出，不同乳化改性劑乳化造粒效果不同，SBS改性共沉淀產(chǎn)物粒徑小但不均勻，PK改性共沉淀產(chǎn)物粒徑尺寸合理，層狀結(jié)構(gòu)發(fā)育完善，且樣品顆粒粒徑分布均勻，PK改性共沉淀產(chǎn)物同時(shí)具有插層效果可提高提黏切率，故選擇PK為無(wú)機(jī)提黏劑G339插層改性劑。

4 結(jié)論

（1）無(wú)機(jī)提黏劑G339在膨潤(rùn)土基漿中提黏效果評(píng)價(jià)表明，表觀黏度提高率達(dá)到300.00 %，動(dòng)切力提高率達(dá)到350.00 %。

（2）無(wú)機(jī)提黏劑G339與常規(guī)的提黏降失水劑相比，COD值、BOD5值 和TOC值 明 顯 降 低，BOD5/CODcr≥0.05，易降解，生物毒性為無(wú)毒，電導(dǎo)率、重金屬離子符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB8978-1996，屬于環(huán)保型鉆井液處理劑。

（3）無(wú)機(jī)提黏劑G339掃描電鏡結(jié)果表明，PK改性共沉淀產(chǎn)物粒徑尺寸合理，層狀結(jié)構(gòu)發(fā)育完善，且樣品顆粒粒徑分布均勻，同時(shí)具有插層效果可提高提黏切率。