环境友好型无机提黏剂合成及表征

董宏伟，高 洁，刘 伟

（1.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710016；2.川庆钻探工程有限公司工程技术研究院，陕西西安 710016）

随着我国石油工业突飞猛进的发展，在钻井技术中，对钻井液的使用提出了更高的挑战，尤其是钻井液的环保问题，受到国家环保法律政策的规范和限制。因此，立足当前环保钻井液技术的发展，探索新型的环保钻井液技术[1-5]，对于钻井技术的发展具有举足轻重的作用。

钻井液被誉为钻井的“血液”，当完成钻井工程使命后，不能回收利用部分的处理是解决钻井液环保性的难点[6-9]，特别是钻井液使用的提黏剂如聚阴离子纤维素PAC-HV、羧甲基纤维素钠CMC、黄原胶XCD、瓜尔胶、丙烯酸类聚合物等产品，使钻井液COD值、BOD5值普遍偏高，使排放物的指标更难达到国家要求的排放指标[10-13]，目前的处理办法，极易造成二次污染，也是国家严令预防的，因而低COD值、BOD5值、毒性小，有利于后期处理的钻井液提黏剂是目前解决环保钻井液的关键。本文通过合成的无机提黏剂G339，其COD值、BOD5值较常规提黏剂大大降低，解决了常规提黏剂的COD值、BOD5值普遍偏高的问题，提高了钻井液的环保性能。

1 无机提黏剂G339的合成

1.1 合成条件

无机提黏剂的合成是液相共沉淀法，反应压力为常压，反应温度为常温。

1.2 无机提黏剂G339合成步骤

（1）三口烧瓶中加入一定量的水，根据摩尔配比（1：1～1：3），称量一定量的无机盐AlCl3、无机盐MgCl2和改性剂（十二烷基硫酸钠/十二烷基苯磺酸钠/十二烷基单磷酸钾），搅拌条件下分别加入三口烧瓶中，充分搅拌；

（2）待三者完全溶解后，搅拌条件下加入共沉淀剂5:1（V/V）稀释的氨水，调pH值；

（3）待调pH值达到9.5时，停止加入氨水，反应期间，每加入一次氨水，测定一次乳液pH数值，并作记录；

（4）陈化0.5 h～1 h；

（5）抽真空过滤，并且洗涤反应生成的盐，形成滤饼；

（6）将滤饼密闭于玻璃瓶中，70 ℃～80 ℃恒温（胶溶步骤）24 h，得溶胶产品。同时取少量样品，以作备用。

2 无机提黏剂G339评价

2.1 无机提黏剂G339提黏效果评价

基浆配方：3 %土浆+0.1 %NaOH；实验浆：基浆+1.5 %的样品；SBS：十二烷基硫酸钠；SDBS：十二烷基苯磺酸钠；PK：十二烷基单磷酸钾（见表1）。

由表1可知，改性后的无机提黏剂G339提黏效果均比正电胶较好；PK插层改性共沉淀样品的提黏效果最好，表观黏度提高率达到300.00 %，动切力提高率达到350.00 %。

2.2 无机提黏剂G339环保指标评价

环保性评价参考标准：《水溶性油田化学剂环境保护技术评价方法》，标准号：SY/T6788-2010和《水溶性油田化学剂环境保护技术要求》，标准号：SY/T6787-2010，评价结果（见表2、表3）。

由表2、表3可以看出，无机提黏剂G339与常规的提黏降失水剂相比，COD值、BOD5值和TOC值明显降低，BOD5/CODcr≥0.05，易降解，生物毒性为无毒，电导率、重金属离子符合《污水综合排放标准》GB8978-1996，属于环保型钻井液处理剂。

表1 无机提黏剂G339流变性能指标Tab.1 Rheological properties of inorganic adhesive cutting agent G339

表2 无机提黏剂G339与常用提黏降失水剂环保指标对比Tab.2 Comparison of environmental protection indexes between G339 and common tackifier

表3 无机提黏剂G339与常用提黏降失水剂环保指标对比Tab.3 Comparison of environmental protection indexes between G339 and common tackifier

图1 不同改性无机提黏剂G339扫描电镜照片（扫描倍数为1 000倍）Fig.1 Stereoscan photograph of different modified inorganic adhesives G339

3 无机提黏剂G339产品表征

从图1可以看出，不同乳化改性剂乳化造粒效果不同，SBS改性共沉淀产物粒径小但不均匀，PK改性共沉淀产物粒径尺寸合理，层状结构发育完善，且样品颗粒粒径分布均匀，PK改性共沉淀产物同时具有插层效果可提高提黏切率，故选择PK为无机提黏剂G339插层改性剂。

4 结论

（1）无机提黏剂G339在膨润土基浆中提黏效果评价表明，表观黏度提高率达到300.00 %，动切力提高率达到350.00 %。

（2）无机提黏剂G339与常规的提黏降失水剂相比，COD值、BOD5值 和TOC值 明 显 降 低，BOD5/CODcr≥0.05，易降解，生物毒性为无毒，电导率、重金属离子符合《污水综合排放标准》GB8978-1996，属于环保型钻井液处理剂。

（3）无机提黏剂G339扫描电镜结果表明，PK改性共沉淀产物粒径尺寸合理，层状结构发育完善，且样品颗粒粒径分布均匀，同时具有插层效果可提高提黏切率。