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植物胶冲洗液的性能及新型植物胶的开发研究
植物胶冲洗液的性能及新型植物胶的开发研究：
，植物胶作为钻探冲洗液己有多年的历史，主要在第四系覆盖层、松散地层、砂卵石层勘探取心有独特的效 果。近年来，随着环境保护意识的加强，野生植物资源的开发受到了极大的限制，急需寻求新的可持续利用的植物 胶。从常用植物胶化学组分以及冲洗液的粘度特性入手，研宄植物胶的特性和改性效果，并对某种新型植物胶QM 的开发与应用前景做了初步探讨。
植物胶的化学组分及其特性
2.1植物胶冲洗液的性能及新型植物胶QM的开发研究，植物胶的化学组分
植物胶大多属于高分子聚糖胶，其主要成分为 多糖与蛋白质、脂肪和纤维素形成的，还含有 少量的和无机盐，见表1。
表1常用植物胶的化学组成
植物胶 -成分及含量/ %
总糖粗蛋白粗脂肪纤维素
SM胶28. 802.981. 4581 18
魔芋胶66. 43
瓜尔胶11 50
植物胶是一种天然植物高分子聚合物，有很好 的亲水性和可溶性，其胶液经过适当的改性处理后 具有良好的粘结性、粘滞性、降失水性、流变性、润滑 性、防塌、携岩和减震性能，对岩心可起到很好的保 护作用，此类冲洗液己广泛应用于复杂破碎地层的 勘探取心中，可获得较高的取心率。此外，植物胶还 有自动降解的特性，是钻探冲洗液的主要原 料，受到了相关管理者和工程技术人员的重视。
1植物胶概况
由表1可见，不同种类植物胶之间所含成分是 有很大差异的，即使是同类植物胶也会因其种类、产 地、生长期限和采收季节的不同而性能有所差异，该 现象对于取用根部的植物胶最为明显。因此，采收 期最好在当年秋末落叶至次年初春发芽之前进行， 此时有效成分恰好大多集中于根部，过早则有效成 分含量低，含水量高，过迟则会使有效成分分解或移 到植物的其它器官，不宜采收。
植物胶冲洗液的主原料一植物胶来源于植物 的不同部位。其中，植物胶冲洗液的性能及新型植物胶QM的开发研究，应用较多的是植物的根部和籽 粒，由于植物根部易于采集，来源丰富，只需适当的 研磨加工即可用作钻探冲洗液原料，因此经济性好，
开发前景较好。一些植物胶来源于植物籽粒（如瓜 尔胶、田菁胶等)，因其所含丰富的半乳甘露聚糖，在 经过适当加工处理后可显著提高胶液的粘度，应用 于钻探冲洗液中，可起到很好的提粘、护壁、护心和 取心效果。此外，少数植物的茎或皮也可用于加工 制造植物胶(如猪耳草和榆树皮）。目前，在地质勘 探开发工程中研究较多的植物胶有SM胶、瓜尔胶。
2.2植物胶化学组分的冲洗液特性
粘度是衡量植物胶液的一个很重要的技术指&
植物胶中的多糖和可溶纤维素的分子结构中含 大量羟基等亲水基团，与水可以氢键相联结，发生水 合作用，是一种亲水胶体，可与水以任意比例相融 合，形成稳定胶液。多糖分子结构上的羟基可以与 孔壁岩石晶格表面氧原子形成氢键连接，使多糖分 子吸附于孔壁上，起到护壁作用;纤维素细粒在冲洗 液中起到骨架的作用，増强冲洗液的结构强度，増加 胶膜韧性;蛋白质在碱性条件下可分解为多种氨基 酸，氨基为强吸附基团，可对孔壁岩石表面产生吸 附，増强孔壁稳定，并在碱性条件下氨基酸经化学反 映成为带负电的阴离子，可以吸附冲洗液中的 Ca2+、Mg2+等有害离子，对提高冲洗液的防污染能 力有利。
3植物胶冲洗液的应用
3.1植物胶冲洗液的提粘效果
植物胶冲洗液的重要技术指标是粘度、粘弹性 和流变性。植物胶冲洗液的性能及新型植物胶QM的开发研究， 标，良好的粘度特性对冲洗液形成良好的携岩能力、 护壁和取心性能将起到很重要的作用。
表2所示为常用植物胶粘度特性的对比试验结
表2常用植物胶粘度特性
浓度/漏斗粘度表观粘度/塑性粘度/
(g# L- 1)/ s(mPa* s) ( mPa# s)
羟丙基瓜尔胶
植物胶应用的得当，可达到有效保护孔壁，实现 高取心率，提高纯钻时间，降低钻探成本的目的。而 且，试验数据表明，植物胶冲洗液经适当的强力高分 子聚合物改性后会在粘度特性和粘弹性特性方面得 到很大的改善。表3以瓜尔胶为例，说明植物胶液 经水解(PHP)改性后的粘度特性和粘弹 性特性的改善效果。&
表3瓜尔胶液经PHP改性后的粘度对比
植物胶液配方漏斗粘度
/s表观粘度 / (mPa# s)塑性粘度
/(miVs)pH值
1000 mL H2O+ 0. 6% 瓜尔胶+ 0 3g NaOH
1⑴0mL H2O+ 0■ 6% 瓜尔胶 + 300 mg/L PHP+ 0 3g NaOH
1⑴0mLH2O+ 0. 6%羟丙基瓜尔胶+ 0 3gNaOH
1000 mL H2O+ 0. 6% 羟丙基瓜尔胶 + 300 mg/L PHP+ 0. 3g NaOH
3.2植物胶冲洗液在地质勘探中的应用前景
植物胶属天然有机高分子聚合物，在生产植物 胶的过程中不会产生废气、废液等对大气、水域和土 壤产生污染的有害物质。植物胶在使用后可实现自 动降解，不会带来使用后的环境污染，在日益注重环 境保护的今天，植物胶应用有很大的优势。
植物胶冲洗液的优势还在于其原材料来源广 泛，可再生，采集、加工方便，成本低廉，使用维护简 便。若将植物胶原料实现基地栽培，则可实现更好 的经济效益。
4新型植物胶QM的开发
目前常用的植物胶大多来源于植物籽粒，该种 途径生产的植物胶成本较高，但可以通过研制适当 的添加剂，使之在最大限度降低植物胶用量的同时， 具备较好的粘度、润滑性、抗污染性和粘弹性等性 能，从而达到降低成本的目的。而对于一般的以利 产工艺，提高植物胶有效成分的获取率，也可达到降 低成本的目的。
近年来，随着常用植物胶成本的居高不下(如瓜 尔胶)和某些植物胶原料的日益匮乏（如SM)，寻找 新的可用于地质勘探的植物胶资源就成为钻探工作 者的必然。
粘度是决定植物胶可否应用于地质勘探的重要 因素，因此，植物胶冲洗液的性能及新型植物胶QM的开发研究，在广泛寻求植物胶新原料的研究中，主 要以测定植物胶的粘度为突破点。通过多次实验测 试，发现某种植物胶(QM)具有较好的粘度特性，从 而初步证实了 QM植物胶具有在岩心钻探领域推广 应用的可能性。
QM植物胶属多年生草本植物，野生植株见于 海拔5001300 m的山坡，有主根或主根不明显，根部 簇集呈纺锤状，根呈纺锤状或细长圆锥状，簇生多弯 曲，表面呈棕褐色或灰棕色，新鲜断面有粘滑感;干 粉呈浅红褐色，大约含多糖60%、蛋白质23%、脂肪用根、茎或皮制成植物胶的植物，可通过改造加工生5%。
表4 QM胶液粘度特性
QM胶液组成漏斗粘度
10⑴ mL H2O+ 2%QM+ 1 0g NaOH3410
10⑴ mL H2O+ 3%QM+ 3 0g NaOH4811
10⑴ mL H2O+ 3. 5%QM+ 3 0g NaOH6512
10⑴ mL H2O+ 4%QM+ 3 5g NaOH9012
10⑴ mL H2O+ 4 5%QM+ 3 0g NaOH15612
适当的QM胶液组分经充分搅拌后，分别用 NaOH和水解聚丙烯酰胺(PHP)改性处理后，用苏式 漏斗粘度计测得漏斗粘度如表4、5所示。
表5 PHP对QM胶液粘度的影响
QM胶液组成漏斗粘度
1000mLH2O+ 2%QM+ 2000mg/L PHP+ 1 0gNaOH10910
1000mLH2O+ 3%QM+ 1000mg/L PHP+ 2 0gNaOH12311
1C00mLH2O+35%QM+ 500mg/LmP+ 1.5gNaOH13210
10Q0mLH2O+ 4%QM+ 1000mg/L PHP+ 2 0g NaOH18111
试验证实:QM胶液中加入适量改性处理剂（如 NaOH)，可以使QM胶的分子结构发生线形适度交 联，形成一定的网状结构，在有效地提高胶液粘度的 同时，植物胶冲洗液的性能及新型植物胶QM的开发研究，还具有较好的流动特性。PHP则有效地改善 了 QM胶液的粘弹性，胶液中速搅拌条件下呈连续 整体运动的形态，胶液爬杆特性较好，表现了很好的 韧性和成膜特性，触之有滑腻感，胶液放置48 h后 仍具有较好粘度特性，未发现胶液有分解或絮凝等 不稳定现象。
从对QM胶化学组成分析，到对QM胶液粘度 特性的测试，均证实QM植物胶经过适当的改性处 理，可以较好的满足复杂破碎地层钻探取心对冲洗 液性能的要求。可以预见QM植物胶作为植物胶无 粘土冲洗液的新型原材料具有很大的潜力。因此， 对QM植物胶种植特性、改性特性和稳定性研究是 今后研究工作的重点。
植物胶冲洗液具有优良的性能，可以满足复杂 破碎地层钻探对冲洗液性能的要求，达到高质量取 心的目的。同时，某些植物胶冲洗液能在原料的经 济性和冲洗液的性之间达到较好的配合，更能 体现该类冲洗液的优越性。
可以预见，随着新型植物胶的开发，植物胶冲洗 液会在将来的地质勘探中得到更加广泛的应用。
参考文献：
| 1|王亮宝，等.SM植物胶钻探技术在工程勘察中的应用|J|.安徽 水利科技,2000, (4).
| 2|吴隆杰，等.冲洗液处理剂胶体化学原理| M |.成都:成都科技 大学出版社，1992.
| 3|黄殿英，等.SM植物胶的试用情况|J|.探矿工程科技情报， 1991，(2).
|4|蒋建新，等.|J|.中国野生 植物资源，2⑴1，20(4).&
China Academic Journal Electronic Publis测丨定。用磁铁易于从泥浆中分离出来。
(上接第43页）
H2S WHS WS2-+ Zn2+ vZnS i
亚锌化合物与盐基性碳酸亚锌比较，后者易溶 解，一般Zn2+与H2S易产生反应。
ZnC〇3* Zn( OH) 2 wZn2+ + CO32- + H+
6. 3铁化物(商业名海绵铁ironiteoge)
目前最引人注目的H2S祛除剂是以Fe3〇4为化 学式的海绵铁。此种Fe3〇4呈碱性与H2S产生反 应:
Fe3〇4+ 4H2S v3FeS+ 4H2O+ S FeS+ S vFeS2
侧重于酸性则产生如下反应：
Fe3〇4+ 6H2S v3FeS2+ 4H2O+ 2H2 生成的FeS2是黄铁矿，在泥浆条件下为安定物 质，在稀酸中也不溶解。这种反应系Fe3〇4粒子的 表面所起作用。Fe3〇4是H2S的最合适的祛除剂，呈 海绵状多孔性，反应表面积10 m2/g( 5000 ft2/lb)，密
度4.5~ 4.6 g/ cm3,粒径 1.5~ 50 Lm，220 Lm 的占 90%。
Fe3〇4可在pH全领域内起反应，温度、压力以 及钻井条件，对反应速度均无大影响，对其生成物 FeS2全无影响。海绵铁有广泛不同的表面积，反应 条件也多样，2. 85 kg/m3相当于分离2000 mg/dm3的 硫化物。Fe3〇4与H2S的反应，初期为酸性还原反 应，包含复杂的反应体系，并产生元素状硫磺。
Fe3〇4+ 4H2S v3FeS+ S+ 4HIO
此种反应在酸性与碱性下均能发生。然而在碱 性下，反应速度慢，FeS与S起如下作用：
FeS+ S vFeS2 i
在pH值为7~ 8时反应速度最快，生成酸碱性 不溶性黄铁矿。
植物胶冲洗液的性能及新型植物胶QM的开发研究，采用Fe3〇4作H2S祛除剂时，仍应注意维持pH 值。泥浆中的Fe3〇4含量易于检测。Fe3〇4适当加入 量为28.5~ 57 g/L。泥浆中所含Fe3〇4用含砂量计。
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