果皮在环保钻井液中研究现状及前景分析

赵素丽（中石化石油工程技术研究院，北京100101）

0 引言

我国是水果生产大国，随着农业产业化推广，水果的产量和消费量逐年增加。果皮作为重要的天然资源，具有产量大、来源广、环保无毒的优点，但是，大多数果皮都作为生活垃圾处理，未能得到充分利用，造成了巨大的资源浪费。水果果皮中含有大量植物酚和聚糖等多种活性成分，且具有特殊的多孔结构和巨大的比表面积，用于钻井液处理剂，具有降粘、降失水的效果，可以改善钻井液性能[1]。本文通过期刊文献调研，介绍了国内柿子皮、橘子皮等在钻井液中的研究进展，探索果皮对钻井液作用效果的影响，并分析了果皮用于钻井液存在的问题，提出了发展方向。对于废物物再利用及研发环保型钻井液具有重要的意义。

1 果皮预处理与钻井液性能评价

1.1 果皮预处理

将核果皮放入干燥箱中，在一定温度下烘干，用粉碎机粉碎，按目数分级备用。

1.2 钻井液性能评价

基浆为水化好的4%膨润土浆，钻井液性能测试按照GB/T 16783.1-2014/ISO 10414-1:2008“天然气工业钻井液现场测试第一部分：水基钻井液”进行。

2 果皮用于钻井液研究现状

2.1 柿子皮

柿子皮含有大量的缩合单宁、黄酮、可溶性糖、纤维素、半纤维素等[2]，热分解温度162.3℃。随着柿子皮加量增加，膨润土基浆的表观粘度和塑性粘度均增大，滤失量变小，当加量为1.0%时，较基浆降滤失量降低38.0%。随着老化温度升高，钻井液粘度逐渐升高，柿子皮的降滤失作用减弱，170℃以后失去降滤失作用。0.3%浓度的柿子皮水提取液对膨润土的水化膨胀抑制率优于4%KCl溶液，抑制能力随浓度增加而增加。柿子皮与改性淀粉体系配伍性好，与聚丙烯酰胺体系配伍性不佳[3]。

2.2 橘子皮

橘子皮含有大量的木质素、纤维素、可溶性多糖（果胶）、高级醇类、醛类、酯类等，其中果胶占橘子皮干重的25%[4]，热分解温度160℃。随着橘子皮加量增加，膨润土基浆的表观粘度和塑性粘度逐渐增大，降滤失效果明显变好，当加量为1.0%时，较基浆降滤失量降低45.7%。随着老化温度的升高，钻井液粘度逐渐升高，橘子皮降滤失作用减弱，140℃后失去降滤失作用。0.3%橘子皮水提取液对膨润土的水化膨胀优于4%KCl溶液，抑制能力随浓度增加而增加。橘子皮与改性淀粉体系配伍性好，与聚丙烯酰胺体系配伍性不佳[5]。

2.3 香蕉皮

香蕉皮含有大量的木质素、单宁、纤维素、可溶性多糖（国胶）、有机酸类、油脂类等[6]，热解温度156℃。随着香蕉皮加量增加，膨润土基浆表观粘度和塑性粘度先减小后增大，降滤失效果不明显。随着老化温度升高，钻井液粘度先增大后减小，香蕉皮降滤失效果不明显，150℃后失去降滤失作用。0.3%浓度的香蕉皮水提取液对膨润土的水化膨胀抑制率优于4%KCl溶液，抑制能力随浓度增加而增加。香蕉皮在改性淀粉钻井液体系中表现出良好的降粘、降滤失和润滑作用，在聚丙烯酰胺体系中表现出降滤失和润滑作用[7]。

2.4 柚子皮

柚子皮含有大量的木质素，纤维素、可溶性多糖(（果胶）、黄酮类、柚皮苷等，其中果胶占柚子皮干重的30%左右[8]，热分解温度167℃。随着柚子皮加量增大，膨润土基浆的表观度和塑性粘度逐渐增大，降滤失效果明显变好，加量为0.7%时，较基浆降滤失量降低42.5%。随着老化温度升高，钻井液粘度逐渐增加，柚子皮降滤失作用减弱，170℃后失去降滤失作用。0.3%浓度的柚子皮水提取液对膨润土的水化膨胀抑制率优于4%KCl溶液，抑制能力随浓度增加而增加。柚子皮与改性淀粉配伍效果优于PAM，老化温度为25℃时，柚子皮在两种体系中均具有较好的降滤失作用。老化温度为120℃时，在淀粉体系中具有降滤失作用，在PAM 体系中几乎失去降滤失作用[9]。

2.5 石榴皮

石榴皮丹宁含量高达25%～-30%，此外还含有鞣花酸、没食子酸等多种酚类化合物以及多种单糖和纤维素类化合物，热分解温度180℃。随石榴皮加量增加，膨润土基浆的塑性粘度和表观粘度均先减小后增大，降滤失效果变好，加量为1.0%时，较基浆降滤失量降低35.2%。随着老化温度的升高，钻井液的表观粘和塑性粘度都逐渐升高，石榴皮降滤失效果减弱，180℃后失去降滤失作用。随着温度升高，石榴皮与改淀粉钻井液体系配伍性好，表观粘度和塑性粘度均增大，滤失量减小，与聚丙烯酰钻井液体系配伍效果较差，常温下就失去降滤失作用。石榴皮抑制膨润土水化膨胀效果随着浓度的增大而增强，1.0%加量浓度在钙基膨润土中1h 的膨胀率为45.6%，低于蒸馏水的60.6%。激光粒度分析表明，无论配浆时还是配浆后加入石榴皮，均对粘土有一定的抑制和絮凝作用。

3 存在的问题

虽然果皮用于绿色环保钻井液技术进行了系列研究，但仍处于初级阶段，深度远远不够。存在主要问题如下。

（1）果皮资源的收集与利用目前存在问题，大量的果皮分散在城乡各处，很难收集及存放。

（2）果皮的有效成分提取技术工艺复杂，成本高，在油田领域还没有形成规模化应用。

（3）目前应用的主要是整个果皮，由于果皮成分复杂，各组分间相互影响，及各组分与钻井液体系之间的影响机理与作用尚没有搞清楚。

（4）不同的区域，年份、种类等的果皮成分差别很大，另果皮的成分还与果实的成熟度、保存时间等密切相关，造成不同批次的果皮实验结果有波动。

（5）果皮的抗温性不足，与常规钻井液处理剂的配伍性及对钻井液综合性能影响研究还有待加强。

4 结语

果皮用于环保钻井液开发应从以下几个方面进行深化研究及发展：

（1）果皮产业化必须解决规模收集问题，改变现有的农民种果树，国商卖果实，消费者地摊买水果的现状，制定收购果皮的合理政策，使果皮能够有效的收集起来，才能成功实现果皮的综合开发利用和产业化。这不仅对于钻井液领域，对于果皮应用的其他领域也是如此。

（2）目前对于果皮利用基于其原始组分，下一步可以对果皮进行改性，提高果皮的抗温能力及综合效果。

（3）果皮的再利用技术研究为天然资源的利用提供了一些很好的思路，将来应该开展深入研究探索，扩大天然资源的应用面及利用方式。