瓜爾膠也稱胍膠，是由瓜爾豆種子的胚乳經(jīng)千燥、磨粉 而得。瓜爾（Guar)是一種生長在印巴次大陸干旱及半干旱 地區(qū)的一年生草本植物，主要產(chǎn)區(qū)在印度的西北部及巴基斯 坦的東部，其名稱由梵語GAUAAHAR演變而來，意為牛飼 料或牲畜飼料。在印度，瓜爾豆的產(chǎn)量主要受到氣候尤其是 季風(fēng)降南的影響，其中70%的產(chǎn)量來自于沙漠之邦拉賈斯坦 (Rajasthan )〇

 

全球每年瓜爾膠消耗量約150萬~200萬t，歐美、中國 的大型瓜爾膠生產(chǎn)廠家通常在印度建合資工廠，或者尋找合 作伙伴，保證原料質(zhì)量穩(wěn)定。

 

印度產(chǎn)品具有原料好、技術(shù)高的優(yōu)勢，能夠供應(yīng)特殊工 業(yè)級原粉，粘度髙、水不溶物低、適合進行化學(xué)改性，可應(yīng) 用于石油、造紙、涂料等高端行業(yè)，是歐美、中國高端客戶 特別青睞的原料產(chǎn)品。巴基斯坦原料不適合進行化學(xué)改性， 只適合食品、建筑、選礦、冶金等普通行業(yè)直接使用原粉。

 

瓜爾豆是農(nóng)產(chǎn)品，價格波動較大，平均每1042年構(gòu)成 一個輪回。與印度相比，巴基斯坦和中國關(guān)系更密切，關(guān)稅 更加優(yōu)惠。

 

生產(chǎn)瓜爾膠的提取技術(shù)于1953年在美國商業(yè)化，約10年后 在印度被廣泛使用。目前印度瓜爾膠年產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的 80%，巴基斯坦占15%,其他如蘇丹、澳洲、巴西、美國等 總計約占5%。

 

他們通常從印度購進高質(zhì)量的瓜fei家品種粘度/mPa*s水不溶令(O.b^j^fann-SSdOOrpm，干基）

 

中國瓜爾膠CG彡140矣16羥丙基瓜爾膠HPG>105務(wù)8羧甲基羥丙基瓜爾膠CMHPG彡130笑4超級瓜爾膠SHPG彡130彡3歐美瓜爾膠GG5=140矣14羥丙基瓜爾膠HPG>130矣6羧甲基羥丙基瓜爾膠CMHPG身130矣4爾膠原粉，生產(chǎn)表面處理原粉和化學(xué)改性粉，包括羥丙基瓜 爾膠、羧甲基羥丙基瓜爾膠、陽離子瓜爾膠以及特殊行業(yè)用 膠。上述各家的產(chǎn)品由于售價高達(dá)50-120元/kg，所以在國 內(nèi)市場占有率很少。即使有，也是國際大公司通過其全球采 購供應(yīng)其下屬中國公司，與中國本土市場關(guān)系不大。

 

(1)技術(shù)路線中國和印度、巴基斯坦的瓜爾膠原粉基 本相同，都采用水合-增粘-粉碎-篩分-均質(zhì)的工藝流程，但 是印度和巴基斯坦技術(shù)和設(shè)備更為成熟，規(guī)模更大，成本更 低。印度、巴基斯坦基本不生產(chǎn)化學(xué)改性粉，中國和歐美的 化學(xué)改性粉基本相同?；瘜W(xué)改性粉的生產(chǎn)目前分為濕法和半 干法兩種工藝，濕法以原粉為原料，乙醇為分散劑；半干法 以胚乳片為原料，水為分散劑。

 

(2)中國生產(chǎn)廠家包括中石油物資昆山公司（昆山京 昆油田化學(xué)科技開發(fā)公司）、北京礦冶研究總院以及各個油田 的5產(chǎn)企業(yè)和為數(shù)眾多的民企。中石油物資昆山公司和北京 礦冶研究總院同為國企，前者為中石油下屬公司，后者為國 資委直屬央企，年產(chǎn)銷量均為萬噸瓜爾膠原粉和改性粉，形 成了較好的競爭和合作關(guān)系。

 

指標(biāo)國內(nèi)外石油行業(yè)瓜爾膠技術(shù)指標(biāo)見表1。

 

表1國內(nèi)外石油行業(yè)瓜爾膠技術(shù)指標(biāo)通過表1的比較可以看出，中國和歐美的瓜爾膠、羧甲 基羥丙基瓜爾膠的指標(biāo)接近，但是中國油田使用量最大的稠 化劑羥丙基瓜爾膠，其粘度指標(biāo)中國與歐美還是有較大的差 距。這不是技術(shù)上的原因，而是油田采購價格的原因。

 

國內(nèi)多數(shù)植物膠廠家都能夠生產(chǎn)瓜爾膠和羥丙基瓜爾膠， 但是羧甲基羥丙基瓜爾膠和超級瓜爾膠目前還只有中石油物 資昆山公司、北京礦冶研究總院等極少數(shù)廠家能夠生產(chǎn)。

 

m *…全球瓜爾膠每年用量150萬~200萬t左右，其中石油行 業(yè)用量占1/4~1/3,主要市場包括北美、東南亞、俄羅斯、中 東、中國等。中國瓜爾膠每年用量4萬-5萬t左右，其中石 油行業(yè)用董占1/4-1/3,也是最大的行業(yè)市場。

 

中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SYyT5764-2007《壓裂用植物 膠通用技術(shù)要求》在2008年上半年開始執(zhí)行。各油田主要使 用羥丙基瓜爾膠，其中一級粉由于價格太高，處于有價無市 的局面，油田普遍采購二級粉，目的是控制成本。大慶油田 和延長油礦使用企標(biāo)，也是出于這個考慮。

 

中國各油田瓜爾膠用M和等級見表2。

 

表2中國各油田瓜爾膠用量和等級油田用 M/(t/a)品種產(chǎn)品等級大慶2000-2500羥丙基瓜爾膠 少量羧甲基羥丙基瓜爾膠 少量瓜爾膠企標(biāo)吉林1800-2000羥丙基瓜爾膠二級粉長慶1500-2000羥丙基瓜爾膠二級粉新疆1000-1200羥丙基瓜爾膠 少量羧甲基羥丙基瓜爾膠二級粉遼河800-1000羥丙基瓜爾膠二級粉四川500-800羥丙基瓜爾膠 少量羧甲基羥丙基瓜爾膠一級粉延長800-1000瓜爾膠 羥丙基瓜爾膠企標(biāo)其他1500-2000羥丙基瓜爾膠二級粉應(yīng)用—(1)靖耦劑壓裂丁藝是油氣井增產(chǎn)的一項主要措施， 目前國內(nèi)外使用的水基壓裂液主要是以瓜爾膠及其衍生物羥 丙基瓜爾膠、羧甲基羥丙基瓜爾膠、延遲水合羥丙基瓜爾膠 為基礎(chǔ)的增稠劑。一般常用濃度為0.2%~0.6%，即可使水稠 化而獲得較髙的粘度，將高濃度的支撐劑攜帶到新的裂縫， 具有懸砂能力強、低摩阻、膠體穩(wěn)定性好等優(yōu)點。瓜爾膠與 多價金屬離子絡(luò)合可形成高粘彈性的凍膠。常用的交聯(lián)劑 有：硼、銻、鈦、鋯、鉻等金屬鹽類。在堿性條件下，硼原 子等在瓜爾膠大分子鏈間建立交聯(lián)鍵，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的水基 凍膠PI。

 

(2>降濾失*1在壓裂酸化施工中要造成長而寬的裂 縫，需減小液體漏人地層的速度，因而應(yīng)加人降濾失劑。降 濾失劑由兩部分組成：一是能進人地層孔隙并在裂縫壁面形 成橋塞的惰性固體顆粒；二是用來填塞固體顆粒之間孔隙的 聚合物。為了對地層不產(chǎn)生傷害，降濾失劑應(yīng)當(dāng)能在處理液 中或生產(chǎn)出來的油或水中降解或緩慢溶解。硅粉是常用的惰 性固體粉末，水溶性聚合物通常用瓜爾膠、纖維素衍生物或 聚丙烯酰胺，以這些物質(zhì)膠結(jié)固相顆粒，也可以是惰性固體 表面包一層瓜膠類的物質(zhì)，它能遇酸變軟，兼有固體和膠體 兩重特性。

 

(3>稠化酸稠化酸又稱膠凝酸，是指通過加人稠化劑 提高粘度的酸。由于其粘度高，濾失性低，以及稠化劑在巖石 表面的吸附降低了 H+向巖面的擴散速度，起到緩速作用。稠化 酸酸化能節(jié)省郜分緩蝕劑，降低泵送摩阻，減輕地層傷害，因 而自20世紀(jì)70年代研制并施X以來受到國內(nèi)外重視。研制和 應(yīng)用稠化酸的關(guān)鍵是稠化劑的研制和應(yīng)用。稠化劑應(yīng)具備耐 酸、耐高溫、耐剪切并與相應(yīng)的酸液添加劑及地層離子有良好 的配伍性。多糖類聚合物瓜爾膠、羥內(nèi)'基瓜爾膠等天然聚合物 都能用作稠化劑，其特點是增粘效果好，但使用溫度較低，一 般在40^以下，或用于稠化有機酸、潛在酸等，如果復(fù)配適當(dāng) 熱穩(wěn)定劑（如低分子醇），使用溫度能得到提高。

 

用交聯(lián)聚合物作為稠化劑可以得到高粘度的稠化酸，這類酸 也稱為交聯(lián)酸。該體系包括水溶性聚合物瓜爾膠或者纖維素衍生 物、交聯(lián)劑、酸、水、必要的添加劑和破膠劑。破膠劑要根據(jù)施 工時間延遲破膠，在破膠劑外面包裹一層聚合物，該聚合物在高 溫下緩慢溶化，釋放出破膠劑。經(jīng)交聯(lián)后的稠化酸耐熱性、耐剪 切性好，可用于髙溫弁（9(冗以上）施丁-。交聯(lián)酸中聚合物濃度 低，粘度高，懸浮能力強，濾失低，能減少地層傷害，能抑制地 層中油水乳狀液的形成并減小酸液對設(shè)備和管道的腐蝕。

 

(4)封堵劑鉆孔時經(jīng)常需要臨時封閉或堵塞某一滲透 層，而對另一欠滲透的地層進行施T。過去也用過許多其他 物質(zhì)進行此種施T，如纖維性材料干草、海綿等。但在有裂 縫或小洞的這類地層中卻很難成功。而水泥紂料既需要較多 的時間，又價格昂貴，還易于傷害需要滲透的地層。近年來， 用半乳甘露聚糖交聯(lián)形成的凝膠材料作為臨時封堵劑，事實 證明比以上兩類材料都好。使用時將瓜爾膠、懸浮劑、緩沖 劑和降解劑混人一定量的水中，再加入交聯(lián)劑，將此封閉液 泵入需要封閉的地層中即形成凝膠，凝膠在預(yù)定時間自動破 膠。封閉的時間視需要可通過調(diào)節(jié)溶液的濃度和降解劑濃度 的大小來實現(xiàn)，可以是2~20天。

 

(5)堵水作業(yè)確切地說應(yīng)該是控制水油比或控制產(chǎn) 水。其實質(zhì)是改變水在地層中的流動特性，即改變水在地層中的滲流規(guī)律，提高油層的產(chǎn)油量。半乳甘餺聚糖植物膠屬 于非選擇性堵劑中的凍膠型堵劑，通常使用羧甲基羥丙基瓜 爾膠、羥丙基瓜爾膠、羥乙基瓜爾膠等，交聯(lián)劑多為由髙價 金屬離子所形成的多核羥橋絡(luò)離子，此外還有醛類或醛與其 他低分子物質(zhì)縮聚得到的低聚合度的樹脂。這類堵劑包括鋁 凍膠、鉻凍膠、鋯凍膠、鈦凍膠、醛凍膠等。

 

配液瓜爾膠具有良好水溶性，同時也具有獨特的水溶機理， 掌握不好會導(dǎo)致溶解速度慢，粘度釋放不充分，出現(xiàn)大量膠 團即“魚眼”，“魚眼”一旦形成很難打破，阻礙了粉體的進 一步溶解，不僅造成原料浪費和粘度降低，還會形成實際意 義上的不溶物，最終進人地層形成傷害。

 

歐美通常采取的改進措施主要是對瓜爾膠進行表面處 理，極大改善了干粉流動性和在溶液中的分散性，同時輔助 以均勻給料、精密計量、有效混合、髙速攪拌，這樣配制得 到的溶液基本沒有“魚眼”。

 

國內(nèi)通常采取的改進措施主要是采用高效快速混配設(shè)備， 主體設(shè)備混合系統(tǒng)包括高效混合裝置、釋放裝置、靜態(tài)分散 裝置、高速增粘裝置；輔助設(shè)備粉料系統(tǒng)包括混合系統(tǒng)、固 添系統(tǒng)、液添系統(tǒng)、發(fā)液系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。

 

未來發(fā)展植物膠及相關(guān)設(shè)備未來發(fā)展方向：①瓜爾膠是以高粘度、 低水不溶物為發(fā)展方向；②瓜爾膠改性粉是以復(fù)合改性為發(fā) 展方向，滿足酸堿兩性交聯(lián)，目前印度、歐美和中國的生產(chǎn) 廠家正在為此而努力；③相關(guān)設(shè)備是以實用、高效、快速、 自動化的配液設(shè)備為發(fā)展方向。以上高端產(chǎn)品正是以哈里伯 頓、斯倫貝謝為主導(dǎo)的石油服務(wù)市場所迫切需要的。

 

同時，在這里呼吁國家和行業(yè)內(nèi)有識之士，在上世紀(jì)70 年代到80年代種楨栽培瓜爾豆的基礎(chǔ)上，在與印度、巴基斯 坦最為相近的新疆地區(qū)重新幵展這項工作，使瓜爾膠這種工 業(yè)王牌膠能真正成為國產(chǎn)膠，擺脫原料受制于人的困境，為 可持續(xù)性發(fā)展創(chuàng)造良好的條件。

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