石油工程技术推广应用黄原胶的新进展及再创新选向

中国石油工程技术创新在于增加高科技含量,黄原胶是重要的选择对象。黄原胶是培养基中的微生物分泌出来的天然胶状物,属于生物工程高科技材料,是世界上公认的最优生物胶之一。文章首先介绍中国是世界上生产和应用黄原胶的主要国家,生产能力和技术水平不断提高 进而全面集中阐明了黄原胶的特性--拥有主链和侧链构成的三级分子结构,存在着多种官能团,高分子量由五糖组成,其特性拥有多种功能。油气田钻井、完井、调剖和驱油前期应用成效明显,作用原理倍受关注。由此分析提示：技术再创新要进行跨行业战略性结盟,达到优势互补,强化基础研究评价的针对性,提高技术配套能力,扩大技术创新专业领域和范围。     

海上油气田智能破胶完井液体系

针对海上油气田稠油油藏开发,采用鱼骨刺分支井技术,分支井段充填过程完井液无法进行破胶返排,使分支井段无法有效实施砾石充填,因此,研发出一套配套智能破胶完井液体系。该体系采用琥珀酸酐改性稳定性强的黄原胶,控制琥珀酸酐加量、反应时间决定琥珀酸酯基团取代度,通过琥珀酸酐消耗黄原胶中的醇羟基,抑制氧化自由基能力降低,降低黄原胶稳定性,避免完井液破胶困难的问题。通过优化NaOH、Na₂CO₃、抗氧化剂加量来调控完井液破胶时间达到智能破胶的目的。通过优化改性黄原胶XC-2配制的完井液配方,可将完井液破胶时间控制在3～8 d;黄原胶XC-1配制的完井液破胶时间可控制在5～14 d;流型调节剂XC-1、XC-2分别配制的完井液破胶前后储层渗透率恢复值均大于89%,对储层均具有较好的保护效果。      

韦兰胶对钻井液流变性能的影响规律

韦兰胶具有比黄原胶更加优良的抗温性能和剪切稀释性能.研究了韦兰胶在不同条件下(温度、pH、膨润土含量和含盐量)对钻井液流变性能的影响规律,并与黄原胶进行了对比.结果表明,在相同加量条件下,韦兰胶钻井液比黄原胶钻井液具有更高的表观黏度和动切力,而塑性黏度基本一致,具有优良的剪切稀释性能;韦兰胶钻井液的抗温能力明显高于黄原胶钻井液.韦兰胶将成为深井钻井液中的一种新型流型调节剂.     

分散型黄原胶的界面修饰及性能

为改善黄原胶产生鱼眼与溶解速率小的问题,以有机金属配合物COMe为改性剂、二甲苯为分散介质,利用界面修饰法进行了黄原胶的分散改性。通过正交实验优化了分散型黄原胶(Disperse XC)的制备条件,采用红外光谱对其分子结构进行了表征,考察了Disperse XC的分散性、流变性和溶解性。研究结果表明,制备Disperse XC的最佳工艺参数为:10 g原料黄原胶XC、0.09 g COMe和4.5 g蒸馏水,用柠檬酸调整pH值约为4.5。红外表征结果表明,改性后黄原胶分子结构未发生变化,但分子间氢键作用力减弱。Disperse XC粉末在35 min内完全溶解于模拟海水中,无鱼眼产生,分散液的表观黏度为19.5 m Pa·s。Disperse XC的流变性与原料黄原胶XC相当,分散性和溶解速率均优于国产分散型黄原胶XCD。     

黄原胶溶液及其冻胶的流变特性研究

为拓宽黄原胶(XG)的应用范围,采用一种有机锆交联剂ZW35对黄原胶溶液进行交联,形成黄原胶冻胶。对黄原胶溶液及其冻胶的交联比、剪切变稀性、粘弹性、触变性以及耐温耐剪切性能进行了研究。结果表明,0.2%XG溶液的表观黏度为17.5mPa·s,随着交联剂用量的增加,黄原胶冻胶的表观黏度先增加后降低,在交联剂用量为0.4%时,表观黏度达到较大值200.4mPa·s。黄原胶冻胶的弹性模量G′、黏性模量G″和触变环面积均比黄原胶溶液有显著的提高,表明黄原胶冻胶的网络结构强度得到增强。0.2%XG溶液在30℃的表观黏度为17.5mPa·s,而黄原胶冻胶(0.2%XG+0.4%ZW35)在80℃、170s~(-1)下剪切90min后的保留黏度仍有82.6mPa·s,耐温耐剪切性得到提高。黄原胶溶液及其形成的黄原胶冻胶均呈现出剪切变稀特性,其流动曲线均可采用非线性共转Jeffreys本构方程进行表征,各体系的模拟值与实验值吻合良好。     

抗剪切型黄原胶强化泡沫体系的性能

模拟天津大港官15-2油藏条件,利用官15-2油田地层水、黄原胶、甜菜碱和阴离子磺酸盐配制成黄原胶强化泡沫体系,采用SEM对其微观结构进行了表征。筛选了黄原胶的种类并利用泡沫性能测试和岩心驱替实验对黄原胶强化泡沫体系的抗剪切性能进行了评价。表征结果显示,黄原胶吸附在泡沫上形成高厚度且完整致密的液膜。实验结果表明,黄原胶溶液在低剪切速率下呈明显的剪切稀释性,在高剪切速率下具有良好的剪切稳定性;性能最佳的黄原胶为XG4黄原胶,6次高速剪切后,90℃时XG4黄原胶强化泡沫体系的析液半衰期保留率大于80%、原液黏度保留率大于95%;适宜的转速为4 000 r/min。在含油水的非均质多孔介质中,当注速为3 m/d时,XG4黄原胶强化泡沫体系具有很好的流度控制能力。     

黄原胶发酵工艺条件研究

黄原胶是一种具有广泛用途的微生物多糖产品。研究了培养基组成,培养温度、pH值、接种量及种龄对黄原胶发酵的影响,实验确定了黄原胶的优化培养基组成及培养条件。     

黄原胶的生产应用及发展趋势

综合各方面的信息，简要介绍了黄原胶的分子结构和其独特的抗剪切性、酸碱稳定性以及增稠剂等性能；综述了它在石油行业、化学工业及食品工业中的应用；重点论述了黄原胶的发酵工艺、产品分离提纯工艺以及黄原胶以后的发展方向。     

黄原胶及其衍生物的耐温耐剪切性能

耐温耐剪切性能是压裂液性能的重要参数,也是决定压裂施工成败的关键因素之一。为拓宽黄原胶非交联压裂液的应用范围,提高其压裂施工效果,针对黄原胶（XG）溶液的耐温耐剪切性能,研究了化学改性、构象等因素的影响。结果表明,化学改性可以显著增强黄原胶在低温下的耐温耐剪切性能,但对高温下的耐温耐剪切性能提升很小。化学改性可以促使黄原胶的网络结构和黏弹性能得到进一步增强,盐离子的加入可以促使改性黄原胶构象向双螺旋结构转变,将化学改性和盐离子同时作用于黄原胶,可以显著增强黄原胶的耐温耐剪切性能及其在高温下的支撑剂悬浮性能。此外,耐温耐剪切测试（180℃）前、后的流变性能对比表明,盐离子的加入可以增强黄原胶溶液在高温下的黏弹性能、触变性和表观黏度,使其在超高温下仍具有良好的携砂性能,拓宽了黄原胶和改性黄原胶作为非交联压裂液的适用范围。因此,通过化学改性和盐离子共同作用,可显著提高黄原胶压裂液的流变性能和耐温耐剪切性能,使得黄原胶非交联压裂液,特别是海水基改性黄原胶压裂液,具有优良的压裂性能和广阔的应用前景。      

黄原胶调剖技术的研究与应用

黄原胶调剖剂具有增粘性、抗盐敏性、抗剪切性等优良特性,适合在高矿化度地层中进行大剂量深部调剖。本文介绍了黄原胶的研制、室内岩心模似试验、技术特点、矿场试验及效果.结果证明,黄原胶的应用可以改善整个井组注采动态,提高注入水的利用率和油藏的注水采收率。     

分散型速溶黄原胶DIXG的制备与评价

以烷基金属有机物NA为改性剂,以无水乙醇为分散介质,在酸性条件下进行了黄原胶的疏水改性,同时对所制备分散型速溶黄原胶(DIXG)进行了分散性能、溶解性能和流变性能的评价。评价实验结果表明,DIXG的分散性和溶解速度明显优于国内的分散型黄原胶产品,而流变性基本不变,不降低黄原胶的使用性能。     

长链酰基改性黄原胶的制备和增稠性能

采用辛酰氯(C8H15ClO)、月桂酰氯(C12H23ClO)和棕榈酰氯(C16H31ClO)对黄原胶(XG)进行酯化改性,在黄原胶分子上接枝疏水基团.用傅里叶变换红外光谱仪对产物进行表征,研究改性剂配比对黄原胶增稠性和取代度的影响,进一步考察浓度、剪切速率、NaCl浓度、pH和温度等因素对改性黄原胶增稠性的影响,并与未改性黄原胶和卡波TR-2增稠剂进行比较.结果表明:在酰氯与黄原胶摩尔比为0.4:1时,改性黄原胶具有较好的增稠性能,其中月桂酰氯改性黄原胶的增稠性最好,经月桂酰氯改性的黄原胶在耐盐性、耐温性和耐酸碱性上均有较大提升.     

多分支井缓释自破胶完井液设计及性能

多分支井缓释自破胶完井液是一种新型井筒工作液,凭借其特殊的储层自破胶能力,可使完井施工避免常规酸化与破胶工序,是衔接后续裸眼砾石充填作业的重要技术体系。结合南海恩平油田多分支井储层特征,分析了缓释自破胶完井液的设计原理,筛选并表征了流型调节剂高丙酮酸黄原胶,并检测了构建缓释自破胶完井液的破胶效果与储层保护性能。研究结果显示,基于核心处理剂黄原胶大分子与完井液自破胶性能间的构效关系,结合破胶与护胶协同作用,建立了缓释自破胶完井液的设计方法;制备的丙酮酸改性黄原胶分子量为8.0×106,丙酮酸基含量达7.9%;与常规黄原胶相比,高丙酮酸黄原胶的构象转换温度及热稳定性均显著下降,且无温度阈值,具有较好缓释降解性;对构建缓释自破胶完井液体系,通过高丙酮酸黄原胶与护胶剂联用方式调节完井液自破胶效能,使破胶时间在5～17 d;自破胶后完井液对孔隙无封堵,岩心渗透率恢复平均值达到90.36%±0.23%,储层保护效果良好。      

长链酰基改性黄原胶的制备和增稠性能

采用辛酰氯(C8H15ClO)、月桂酰氯(C12H23ClO)和棕榈酰氯(C16H31ClO)对黄原胶(XG)进行酯化改性,在黄原胶分子上接枝疏水基团.用傅里叶变换红外光谱仪对产物进行表征,研究改性剂配比对黄原胶增稠性和取代度的影响,进一步考察浓度、剪切速率、NaCl浓度、pH和温度等因素对改性黄原胶增稠性的影响,并与未改性黄原胶和卡波TR-2增稠剂进行比较.结果表明:在酰氯与黄原胶摩尔比为0.4:1时,改性黄原胶具有较好的增稠性能,其中月桂酰氯改性黄原胶的增稠性最好,经月桂酰氯改性的黄原胶在耐盐性、耐温性和耐酸碱性上均有较大提升.     

黄原胶降解菌的降黏作用研究

从土壤和水中分离筛选出具有较强降解能力的黄原胶降解菌,研究了黄原胶降解菌降黏作用的规律和降黏过程中pH值的变化和菌数的变化,确定了黄原胶溶液降黏的适宜条件接种量为5%,初始pH值为7,矿化度为5×103 mg/L,温度为30～40℃,摇床转速为120 r/min.研究表明,溶液的降黏效果与溶液的初始黏度有关.通过对黄原胶降解菌的降黏作用研究,掌握了黄原胶溶液黏度下降的规律,这对于如何使含黄原胶的钻井液、压裂液等工作液在现场施工时避免失效有重要意义.     

生物聚合物黄原胶浓度确定方法及其中乙酸酯含量和丙酮酸酯含量的测定方法

为了提高石油采收率，广泛地采用黄原胶作为流动性调解剂，以便在钻井作业时增加泥浆的悬浮能力，在成胶时改善体积和膨胀系数。而黄原胶溶液的流动性能、注入能力和吸附性等都决定于黄原胶中乙酸酯和丙酮酸酯的含量。本文讨论了测定实验室样品和现场样品中黄原胶浓度及其中乙酸酯和丙酮酸酯含量的各种可采用的方法。描述了各种方法的原理、优缺点、干扰因素及为认识这些优缺点所必须的知识。     

黄原胶高温稳定性的影响因素

通过分析总结前人的研究成果及经验,从黄原胶固有的分子结构出发,分析了黄原胶的高温降解机理,论述了黄原胶高温稳定性的影响因素.分析结果表明,当温度高于构象转变温度时,黄原胶分子由原来有序的稳定的二维结构变成杂乱无序的结构,使其主链暴露出来,更容易受到外部自由基和酸碱的攻击而变得不稳定;氧是黄原胶发生自由基氧化还原反应的主要原因,因此加入抗氧剂可提高黄原胶的热稳定性;一价盐尤其是甲酸钾、KCl等含K+的碱金属盐类,能够提高黄原胶的构象转变温度;在酸性和碱性pH值条件下,黄原胶都容易发生水解反应,因此应尽可能地使pH维持在中性.     

黄原胶降解菌的生长规律及影响因素

黄原胶降解菌是从土壤和水中分离出来的,它是以黄原胶为碳源进行生物降解的一类微生物.对黄原胶降解菌具有较强降解能力的为杆状菌和球菌,杆状菌菌体大小为(0.2～1.0μm)×(0.8～3.2 μm),球菌大小为0.2～0.4μm,革兰氏染色阴性.通过对黄原胶降解菌的生长规律及其影响因素研究,绘制出了黄原胶降解菌的生长曲线,确定出了其最适生长条件矿化度为5×103mg/L,pH值为7.5,温度为35℃,摇床转速为120 r/min,接种量为5%较适宜,黄原胶降解菌在黄原胶浓度为1～5 g/L范围内生长较快.     

黄原胶抗温稳定性的研究

石油工业中使用的黄原胶(XG)在高温下易发生降解,粘度和切力下降,本文概述了抗温添加剂对黄原胶胶液耐温性能的影响。     

生物酶破胶技术填补国内石油生产空白

长江大学化学与环境工程学院教授易绍全率领的研究小组，在国外研究成果的基础上，深入研究低温状况下生物酶破胶技术，经1年努力，终于研发出了生物破胶酶。实验室研究结果显示，在温度低于60℃的情况下，利用这种生物酶对黄原胶破胶，能在4-8h内使黄原胶的黏度下降80％～90％。