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1、植物胶在油田中的应用,报告人：卢亚平 单位：北京矿冶研究总院,前言,油田化学品是解决油田钻井、完井、采油、注水、提高采收率所使用的药剂。与国外相比，我国石油工业起步较晚，油田化学品在4050年代仅在少数油田使用。,近代油田化学品的研究、开发和应用起步于70年代初，这期间最有代表意义的交联技术首先在压裂施工中应用，如70年代初的田菁粉、CMC冻胶压裂液等相继在大庆、胜利、长庆、中原等油田大面积推广应用，进入90年代，羟丙基瓜胶冻胶压裂液在压裂等采油作业中大面积应用。,植物胶的主要成份为半乳甘露聚糖，主要来源于豆科植物的种子，目前在工业中可作为半乳甘露聚糖胶来源的植物包括田菁豆、瓜尔豆、香豆等 。
2、 依据油田主要生产工艺，我国工业上常用的半乳甘露聚糖胶有三种，即瓜尔胶、田菁胶和香豆胶。均具有良好的水溶性和增稠性。,本文主要介绍瓜尔胶在油田中的应用情况，这是因为田菁胶和香豆胶已经退出油田市场，而且目前没有专门公司从事培育和种植田菁豆的工作，农民在有市场需求的情况下，才会在盐碱地上适量种植，种子逐年退化，完全处于放任自流的状态。,一、原料,瓜尔胶由瓜尔豆种子的胚乳经干燥，磨粉而得。瓜尔（Guar）是一种生长在印度、巴基斯坦等地的一年生草本植物。 全球每年瓜尔胶消耗量约150-160万吨，欧美、中国的大型瓜尔胶生产厂家通常在印度建有合资工厂，或者寻找到合作伙伴，保证原料质量稳定。,印度具有原料
3、好、技术高的优势，能够供应特殊工业级原粉，粘度高，水不溶物低，适合进行化学改性，供给石油、造纸、涂料等高端行业使用。巴基斯坦原料不适合进行化学改性，只适合食品、建筑、选矿、冶金等普通行业直接使用原粉。,瓜尔豆是农产品，价格波动较大，每吨价格在7000-18000元，平均每10-12年构成一个轮回。印度与巴基斯坦相比，巴基斯坦与中国关系亲密，关税更加优惠。,二、生产,瓜尔胶的提取技术于 1953 年在美国被商业化，约十年后在印度被广泛使用。目前印度的年产量占世界总产量的80%，巴基斯坦占15%，其它占5%。,欧美著名的生产厂家包括：Ashland，Rhodia，IPI等，他们通常从印度购进高质量
4、的瓜尔胶原粉，生产表面处理原粉和化学改性粉，包括羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、阳离子瓜尔胶。上述各家的产品，由于售价高达50-120元/公斤，所以在国内市场占有率很少。,中国的生产厂家包括：中石油物资昆山公司，北京矿冶研究总院，以及各个油田的三产企业和为数众多的民企。昆山公司和北京矿冶研究总院同为国企，前者为中石油下属公司，后者为国资委直属企业，年产销量均为万吨瓜尔胶原粉和改性粉，形成了较好的竞争和合作关系。,技术路线：瓜尔胶原粉生产工艺，中国和印度、巴基斯坦基本相同，都采用水合-增粘-粉碎-筛分-均质的工艺流程，但是印度和巴基斯坦技术和设备更为成熟，规模更大，成本更低。化学改性粉生产工艺
5、，印度、巴基斯坦基本不生产，中国和欧美基本相同。目前分为湿法和半干法两种工艺，湿法以原粉为原料，乙醇为分散剂；半干法以胚乳片为原料，水为分散剂。,三、技术指标 国内外石油行业瓜尔胶技术指标,通过上表的比较可以看出，中国和欧美的瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶的指标接近，但是中国油田使用量最大的稠化剂，羟丙基瓜尔胶，其粘度指标与欧美有较大的差距。这不是技术上的原因，而是油田采购价格的原因。,瓜尔胶和羟丙基瓜尔胶，国内多数生产植物胶厂家都能够生产，但是羧甲基羟丙基瓜尔胶和超级瓜尔胶，目前只有昆山公司、北京矿冶研究总院等极少数厂家能够生产。,四、用量,全球瓜尔胶每年用量150-160万吨左右，其中石油行业
6、用量占1/4-1/3左右。主要市场包括北美、东南亚、俄罗斯、中东、中国等。中国国内瓜尔胶每年用量4-5万吨左右，其中石油行业用量占1/4-1/3，约1-1.5万吨，也是最大的行业市场。,中国石油天然气行业标准在2008年上半年开始执行，各油田主要使用羟丙基瓜尔胶，其中一级粉由于价格太高，处于有价无市的局面，各油田普遍采购二级粉，目的是控制成本。大庆油田和延长油矿使用企标，也是出于这个考虑。,中国各油田瓜尔胶用量和等级,五、应用,1、压裂应用 增稠剂：压裂工艺是油气井增产的一项主要措施。瓜尔胶及其衍生物是目前国内外使用最多的水基压裂液的增稠剂、减阻剂和滤失控制剂。目前国内外使用的水基压裂液主要是
7、以 瓜尔胶及其衍生物羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、延迟水合羟丙基瓜尔胶为基础的增稠剂。,一般常用浓度为0.2%-0.6%，即可使水稠化而获得较高的粘度，将高浓度的支撑剂携带到新的裂缝，具有悬砂能力强、低摩阻、胶体稳定性好等优点。,降滤失剂：在压裂酸化施工中要造成长而宽的裂缝，需减小液体漏入地层的速度，因而应加入降滤失剂。降滤失剂通常包含填塞固体颗粒之间孔隙的水溶性聚合物，这种聚合物通常用瓜胶、纤维素衍生物等，以这些物质胶结固相颗粒。,2、酸化应用,稠化酸：其粘度高，滤失性低，以及稠化剂在岩石表面的吸附，降低了向岩面的扩散速度，起到缓速作用。稠化酸能节省部分缓蚀剂，降低泵送摩阻，减轻地层伤害
8、，多糖类聚合物瓜胶、羟丙基瓜胶等天然聚合物都能用作稠化剂。其特点是增粘效果好，如果复配适当热稳定剂，使用温度范围可得到明显提高。,交联酸：该体系包括水溶性聚合物瓜尔胶或者纤维素衍生物、交联剂、酸、水、必要的添加剂和破胶剂。经交联后的稠化酸耐热性、耐剪切性好，可用于高温井（90以上）施工。该体系粘度高，悬浮能力强，滤失低，能减少地层伤害，能抑制地层中油水乳状液的形成并减小酸液对设备和管道的腐蚀。,3、钻井应用,降滤失剂：水溶性聚合物作为钻井液的降滤失剂已受到普遍重视。国内常用的降滤失剂包括瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶、羟乙基瓜尔胶等，主要通过提高滤液粘度和降低滤饼渗透率来达到控制滤失的目的。,封堵剂：钻
9、孔时经常需要临时封闭或堵塞某一渗透层，而对另一欠渗透的地层进行施工。半乳甘露聚糖交联形成的凝胶材料，作为临时封堵剂，效果良好。使用时将瓜尔胶、悬浮剂、缓冲剂和降解剂混入一定量的水中，再加入交联剂，将此封闭液泵入需要封闭的地层中，凝胶即形成。,六、配液,瓜尔胶具有良好水溶性，同时也具有独特的水溶机理，掌握不好会导致溶解速度慢，粘度释放不充分，出现大量胶团即“鱼眼”，“鱼眼”一旦形成很难打破，阻碍了粉体的进一步溶解，不仅造成原料浪费和粘度降低，还会形成实际意义上的不溶物，最终进入地层形成伤害。,欧美通常是对瓜尔胶进行表面处理，改善干粉流动性和在溶液中的分散性，同时辅助以均匀给料，精密计量，有效混合
10、，高速搅拌，这样配制得到的溶液基本没有“鱼眼”。,国内通常采用高效快速混配设备，主体设备包括高效混合装置、增粘装置；辅助设备包括均匀给料，精密计量，固添系统、液添系统、控制系统等组成。,这套混配设备使胶粉分散效果好，粘度释放速度快，瞬间达到最佳释放状态，不产生水包粉的现象。每分钟配液量0.5-3m3/min，能够准确控制溶液的浓度。胶粉用量在0.2%-0.8%之间连续可调，实现了胶粉、固体添加剂和液体添加剂按照设计比例连续可调地进行配液，满足不同用户的要求。,混配设备的生产厂家主要为北京矿冶研究总院， 该院从上世纪八十年代以来，一直致力于瓜尔胶、石油压裂高效快速配液装置的生产和研发。到目前为止已建成压裂液高效快速配液装置多套。并成功应用于大庆、辽河、吉林、延长、中原等油田。,大庆油田高平配液站照片,延长油田甘谷驿采油厂配液站照片,谢 谢！,
