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预糊化淀粉用于钻井液降滤失剂的研究*

更新时间:2009-03-28

钻井液降滤失剂又称降失水剂,在钻井过程中能防止钻井液的滤液渗入地层,能通过在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼,尽可能降低钻井液的滤失量,以稳定井壁、保护油气层[1]。钻井液分为水基和油基,油基钻井液因成本高、污染重、安全风险大等问题,仅用于耐高温钻探[2]。水基钻井液按化学成分分类为矿物类、天然有机物及其改性物类、合成有机物类等[3],其中天然有机物主要包括纤维素、淀粉、腐殖酸、木质素等,具有价格低廉、可生物降解、来源广泛、可再生等优点,易与化学物质发生改性反应,是一类重要的钻井液降滤失剂。

改性淀粉用于钻井液降滤失剂有很多相关研究。陈馥等采用可溶性玉米淀粉、AMPS、DMDAAC、AM四元共聚,制得一种两性离子改性淀粉钻井液降滤失剂,应用在淡水基浆、盐水基浆、人工海水基浆中均具有较好的降失水性能[4]。高素丽等以丙烯酰胺AM、丙烯酸AA、丙烯腈AN为单体,合成了AM/AN/AA/淀粉四元接枝共聚物,具有较好的降滤失作用和耐温、抗盐、抗钙离子污染的能力[5]。周玲革等以玉米淀粉为原料制备复合离子型改性淀粉降滤失剂CSJ,分别接入阴阳离子基团,具有较好的降滤失性能,能保持和增强正电胶钻井液的结构和流变特性[6]。王德龙等在合成羧甲基淀粉钠的过程中引入水溶性硅酸钠,合成了硅改性的降滤失剂Si-SCMS,与SCMS降滤失剂相比,抗温性能显著提高[7]

预糊化淀粉属于天然改性高分子类,是一种加工简单、用途广泛的变性淀粉,生产方法主要有滚筒法、挤压法、喷雾法[8]。关正军等采用单螺杆挤压膨化机对玉米淀粉进行挤压膨化,研究了物料水分、螺杆转速、出料温度、模孔直径等因素的影响,探讨挤压膨化系统参数对玉米淀粉糊化程度的影响规律[9]。张殿义采用滚筒干燥法制备了一种氧化预糊化淀粉,对反应温度、时间、pH值、蒸汽压力等参数进行了试验验证,并对产品降滤失性能进行了评价[10]。针对淀粉基钻井液降滤失剂,国内研究主要集中在耐高温、耐盐、抗钙等高性能研究,鲜少以预糊化淀粉为研究课题。本文以木薯淀粉和玉米淀粉为原料,分别采用挤压膨化法和滚筒干燥法制备预糊化淀粉,并对其应用于石油钻井液降滤失剂的效果进行比较,评价方法采用美国国家标准学会发布实施的API Spec 13A标准《钻井液材料规格》,从而确定制备可用于钻井液降滤失剂的预糊化淀粉的原料及方法。

1 材料与方法

1.1 仪器与材料

SX3000-100挤压膨化机,山东赛信膨化机械有限公司;滚筒干燥机,荷兰;JJ600精密电子天平,美国双杰兄弟(集团)有限公司;NDJ-79型旋转粘度仪,上海同济大学机电厂;3D-3型三联滤失仪,青岛新领石油科技研究所;GJ-3S型高速搅拌机,青岛海信光学有限公司专用仪器厂;ZNN-D6型六速旋转粘度计,青岛海信光学有限公司专用仪器厂;钻井液用滤纸,上海赛维纸研科技有限公司;

木薯淀粉,自产;玉米淀粉,市售;OCMA评价土(英国评价土),北京探矿工程研究所;氯化钠、碳酸氢钠等药剂,市售。

1.1 研究对象 本研究为横断面研究,采用便利抽样的方法,选取2017年3月至9月广州市3家三甲医院进行常规产检的孕妇为研究对象。纳入标准:①怀孕≥13周;②孕前未确诊为尿失禁;③无认知和行为障碍并知情同意。排除标准:①B超显示为多胎妊娠;②先天性器官发育异常如:尿瘘、畸形、膀胱、尿道发育异常;③意识障碍、不稳定性心绞痛、不受控制的充血性心力衰竭等患者。

1.2 实验方法

采用双滚筒干燥预糊化机,设备主体是一组反向旋转的圆筒,通入饱和蒸汽对筒壁进行加热,热量传递至覆盖在滚筒表面的淀粉浆上,淀粉浆液受热糊化成具有粘性的熟浆,当滚筒旋转时熟浆被向内挤压而均匀挂壁在滚筒表面,水分迅速蒸发,行至刮刀位置水分含量为2~6%,经刮刀刮落进入粉碎、筛粉、包装,获得滚筒干燥预糊化淀粉PGS。参数设置:蒸汽压力0.6~0.8 MPa、滚筒表面温度120~180℃、浆液浓度30~40%,通过调节浆液浓度、进浆量、滚筒旋转速度、蒸汽压力等控制产品粘度等性能。

采用双螺旋挤压膨化机,主设备由控制系统、供料系统、旋切系统、加热系统、传动系统、冷却系统等组成。首先开启主机,调节加热区温度,调节出料孔径10mm;调节物料水分为18~22%,通过控制喂料速度、螺杆转速和加热/冷却系统来调节反应时间为2~30min、反应温度为80~120℃;开动切片机,搜集片状、膨化状产品,再经过冷却、粉碎、筛分、包装,获得挤压膨化预糊化淀粉ES。

1.2.2 滚筒干燥预糊化淀粉的制备[12]

叔侄二人来到大连,先是找到邻村的王鲶鱼,他蹲过八年牢,出来后到大连混,没几年光景,就混出个人模狗样,在大连搞起养殖,买房,又买车,还包养了几个娇滴滴的小媳妇。李老鬼找到王鲶鱼,正好他有几十艘大木船,每年都有几艘需要维修,正愁着找不到捻船匠。李老鬼的到来,王鲶鱼知道他是土地爷玩鹌鹑老行家,二话没说把李老鬼留下,又帮着李老鬼,在靠近金石滩的大观园小区,租间储藏室,弄点旧家具放进去,叔侄俩算是安顿下来,有个落脚的地方。

1.2.1 挤压膨化预糊化淀粉的制备[11]

不确定型决策根据决策环境和决策者的需要不同,所依据的标准也不尽相同。一般有乐观、悲观、折衷主义准则等[12]。遵循悲观准则,到达正理想点的距离最远的加权偏差之和,构造求取权重指标的优化数学模型为:

1.2.3 旋转粘度的测定[13]

(1)木薯预糊化淀粉适用于钻井液降滤失剂,具有较低的降滤失值和适中的表观粘度值,产品指标高于API SPEC 13A标准,降滤失效果优异。

乌赛高速公路生态保护控制区站区绿化建设实践……………………………… 陈六明,朱坤,孙兆祜,钱丽(4-163)

由表1可知,玉米预糊化淀粉旋转粘度和表观粘度均较低,且玉米预糊化淀粉具有非常大的降滤失值,远超石油标准要求;木薯预糊化淀粉具有较好的表观粘度和降滤失值,符合石油钻井液降滤失剂指标,滚筒干燥木薯预糊化淀粉具有较高的旋转粘度值。原因应与淀粉的结构和理化特性有关,受淀粉颗粒形状、颗粒大小、直支链含量、糊化粘度等影响,玉米淀粉具有更为松散的结构,预糊化后粘度和粘结性较低,与泥浆配伍性较差,表现为高降滤失值,而木薯预糊化淀粉的粘度和粘结性较好,表现为低降滤失值。

在财务管理上,以2017年12月31日为财务分开基准日,对全场资产、债务进行分割。在财务核算上,将原有的财务核算体系调整为农场、有限公司、社会事务部三套核算体系。账套设置虚拟级次,其中一级为农场;二级为农场、有限公司、社会事务部;三级为具体财务核算账套。财务账套由原有5个,调整为23个,其中:农场1个,有限公司5个,社会事务部17个。

采用API Spec 13A标准方法,测定条件:4%盐水、室温养护24h,使用ZNN-D6型六速旋转粘度计测定表观粘度值,使用3D-3型三联滤失仪测定降滤失值。

2 结果与分析

2.1 实验数据对比

本文以木薯淀粉和玉米淀粉为原料,分别采用挤压膨化法ES和滚筒干燥法PGS制备预糊化淀粉,以及预糊化淀粉在石油钻井液降滤失指标的检测,数据如表1。

 

表1 预糊化淀粉粘度和降滤失量对比表

  

样品名称 玉米ES木薯ES玉米PGS木薯PGS淀粉旋转粘度/cp 15 25 50 520表观粘度/cp 8/2 16/2 10/2 26/2降滤失量/ml >30 7.8 >30 5.6

2.2 原料的影响

1.2.4 表观粘度及降滤失值的测定

2.3 反应温度的影响

根据滚筒干燥反应的特点,当物料水分含量过低时,易导致淀粉涂层过厚,则淀粉糊化不完全,且无法充分干燥导致后续加工困难;当物理水分含量过高时,易导致淀粉涂层过薄,变性程度增加而导致淀粉热降解、淀粉膜脆度增加等问题,影响产品质量和产能。实验确定物料水分含量为30~40%。

根据挤压膨化反应的特点,设置加热一区温度为常温、二区温度为60~90℃、三区温度为120~160℃,采用玉米淀粉生产时具有易操作、得率高等优势,采用木薯淀粉生产时则需要更好的控制加热区温度和进料速度,控制加热二区反应温度略高于淀粉糊化温度,确保在此区域淀粉的糊化程度为溶胀状态。根据滚筒干燥反应的特点,设置蒸汽压力为0.6~0.8 MPa、滚筒表面温度为120~180℃,采用玉米淀粉生产时,表现为挂壁性能差而不易粘辊,因此应适当提高反应温度及降低滚筒转速,采用木薯淀粉生产时则更便于上机操作。

2.4 水分含量的影响

根据挤压膨化反应的特点,物料处于高温高压状态,因此物料含水量对产品质量影响较大,当物料水分含量较大时,淀粉易糊化,随着温度升高、淀粉粘度持续上升至峰值粘度,如果加热二区温度过高,则淀粉易形成高粘糊状困在设备内腔中难以挤出;当物料水分含量较低时,易导致淀粉糊化不完全,包含生淀粉颗粒,影响淀粉粘度及应用。实验确定进料水分含量为18~ 22%。

除原料因素外,影响预糊化淀粉质量的最关键因素应是反应温度,决定了预糊化淀粉的糊化程度。根据淀粉的糊化特性,玉米淀粉糊化温度较高、热粘度较低、粘结性较差,木薯淀粉糊化温度较低、热粘度较高、粘结性强,通过实验确定最佳反应温度。

2.5 加工方式的影响

[4]陈馥,罗先波,熊俊杰. 一种改性淀粉钻井液降滤失剂的合成与性能评价[J].应用化工,2011(5):850-852.

表观粘度是反映泥浆流动性的关键因素,表观粘度高则泥浆流动性差,且在输送过程中易受到机械剪切,表观粘度小则减弱了泥浆携带钻屑的能力,且泥浆渗透压小更容易导致向地层渗透液体,从而破坏井壁和影响油品质量,因此淀粉的粘度特性也是降滤失值的影响因素之一。经实验对比,淀粉旋转粘度和表观粘度之间未发现存在正比例关系。

3 讨论

本文分别对比了挤压膨化法和滚筒干燥法制备预糊化淀粉,实验证明玉米预糊化淀粉不适用于钻井液降滤失剂;ES和PGS淀粉的糊化度均受反应温度的影响,从而影响淀粉的粘度;ES和PGS两种方法进料的含水量也影响淀粉的粘度,R.J.惠斯特勒认为,晶体结构完整的淀粉衍生物中,取代反应绝大部分发生在无定形区,所以在进行反应之前应使淀粉颗粒充分吸水膨胀[14],如果反应体系中水分含量过少,淀粉颗粒不能充分吸水膨胀就会萎缩;滚筒干燥法制备的木薯预糊化淀粉粘度比挤压膨化法高,而降滤失值更低,挤压膨化法制备的淀粉表观粘度更易符合API Spec 13A标准。

在钻井过程中随着地层深入,钻井液逐渐升温,因为淀粉具有高温降解和生物降解性,更适用于120℃以下的浅井,因此在中东等地区的油田勘探中,预糊化淀粉被广泛使用。挤压膨化法是膨化食品的一种常规生产方法,近年从食品应用中逐渐被扩大到淀粉制造行业,作为一种物理变性方法,具有成本低、能耗低、无污染、流程简单等特点,在制备钻井液用预糊化淀粉方面具有一定优势,但因为生产过程通过机械剪切使淀粉部分降解,其稳定性降低,且耐高温性能较差,如能结合耐高温的化学试剂,必将获得性能更完善的变性淀粉产品,因此如何进行物理改性与化学改性有效结合,达到更稳定的、耐更高温度的淀粉类降失水剂,将是我们下步研究的方向。

4 结论

在烧杯中加入一定量水,放入小磁子开动磁力搅拌器,使水形成漩涡,再将淀粉快速分散到水中配制成5%淀粉糊液,25℃下放置30min,将糊液转移到NDJ-79型旋转粘度计的测试桶中,使用2#转子,开启旋转粘度仪开关,待指针稳定后读取数据,即为淀粉旋转粘度值。

(2)木薯挤压膨化预糊化淀粉与滚筒干燥预糊化淀粉相比较,挤压法产品粘度低、流动性好,将两种方式复配应能得到性能更优良的降滤失剂。

(3)玉米预糊化淀粉因为降滤失值过高,不适用于石油钻井液降滤失剂。原因可能是玉米淀粉结构松散,与泥浆结合不紧密。

(4)滚筒干燥法制备木薯预糊化淀粉时,进料水分为30~40%,蒸汽压力0.6~0.8 MPa、滚筒表面温度为120~180℃,挤压膨化法制备木薯预糊化淀粉时,进料水分为30~40%,加热一区温度为常温、二区温度为60~90℃、三区温度为120~160℃,所得产品的粘度、降滤失量均高于API SPEC 13A标准。

参考文献:

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[3]周长虹,崔茂荣,蒋大林,等. 国内水溶性钻井液降滤失剂的研究与应用[J].精细石油化工,2006(5):1-5.

挤压膨化法和滚筒干燥法均可制备冷水可溶的预糊化淀粉,从淀粉旋转粘度来看,滚筒干燥法制备的产品具有更高的粘度值。原因可能是因为挤压产生了高强度的剪切力、压力和高温,易使淀粉降解,同时因为高压高温使淀粉α化更完全,淀粉溶解性增大,综合表现为旋转粘度和表观粘度下降。

随着云时代的来临,大数据(Big Data)受到了越来越多人的关注,并影响着每一个人的行为与活动。在应试教育体制向素质教育体制转变的过程中,基础教育新课程越来越重视在课堂教学中培养学生的合作探究能力。对于教师来说,努力将基础教育的需求贯彻到日常教学中去,进一步探索“中学政治课互动式教学”互动形式,就成为众多教师的目标。

[5]高素丽,郭保雨. 四元接枝共聚物钻井液降滤失剂的合成及评价[J].钻井液与完井液,2008(5):26-27.

为了巩固学生对这个结论的认识与理解,继续追问:如果这条线往上或往下移一下(课件演示),这两个图形发生什么变化了?周长呢?

受WTO规则的制约,我国通过贸易保护来维护本国粮食安全的政策选择空间有限,同时受到国内日益稀缺的土地和水资源等因素的制约,继续实施现有统计口径下95%的粮食自给率目标的经济和环境成本将大幅度提高。⑥粮食安全新战略将“粮食基本自给”调整为“谷物基本自给、口粮绝对安全”,并将“适度进口”作为粮食安全战略的重要组成部分,以此拓宽保障国家粮食安全的途径。因此,粮食统计口径的调整应着眼于维持核心品种的产量稳定,缓解整体粮食品种的增产压力,为提升“食物自给能力”留足实施空间。

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面板混凝土裂缝,委托专业施工队伍按照处理方案进行了处理,处理完成后,经验收合格。工程未发生质量事故,施工质量满足规范和设计要求。

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杨宪益、戴乃迭对于《红楼梦》中出现的典故,在具体英译时除了使用常规的直译、意译等翻译方法,还采用了厚重翻译法。

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冯琳,张桂萍,梁著棋,李权书
《广西职业技术学院学报》2018年第01期文献

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