CN103087688A - 小核菌硬葡聚糖发酵液作为油田钻井液处理剂的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及小核菌硬葡聚糖发酵液作为油田钻井液处理剂的应用。可以在温度低于130℃，矿化度小于20000mg/l，pH1-12范围内的地层环境下使用，克服了目前生物聚合物类产品耐温性差、易受地层矿化度及pH影响等不利因素，适用范围更广，耐受恶劣地层条件能力更强。

Description

小核菌硬葡聚糖发酵液作为油田钻井液处理剂的应用

技术领域

本发明涉及一种小核菌硬葡聚糖发酵液的新用途，特别是一种小核菌硬葡聚糖发酵液作为油田钻井液处理剂的应用。

背景技术

随着近年来石油勘探开发向深部和海上发展，深井、超深井以及特殊工艺井钻探越来越多，针对钻井液技术发展的需要，促使油田化学工作者不断开发新型钻井液处理剂。目前较为普遍使用的钻井液有以下几类：分散钻井液（Dispersed DrillingFluids）、油基钻井油（Oil—based Drilling Fluids）、合成基钻井液（Synthetic DrillingFluids）、气体型钻并流体（Gas—typed Drillg Fluids）、聚合物钻井液（Polymer DrilligFluids）。

分散钻井液（Dispersed Drilling Fluids）是指用淡水、膨润土和各种对粘土与钻屑起分散作用的处理剂（简称为分散型）配制而成的水基钻井液。但分散型钻井液的抑制性和抗污染能力较差，并且由于体系中固相含量高，对钻井液的泵送、提高钻速和保护油气层等方面均有不利的影响。

油基钻井油（Oil—based Drilling Fluids）是指以油（柴油或矿物油）为连续相的钻井液。由于其配制成本较高，以及使用时会对环境造成一定污染，因而使其应用受到一定的限制。

聚合物钻井液（Polymer Drillig Fluids）是以某些具有絮凝和包被作用的高分子聚合物作为主处理剂的水基钻井液。这些聚合物可使钻井液中各种固相颗粒保持在较微细颗粒状态。其主要优点表现在：（1）钻井液固相含量低，钻速可明显提高，对油气层的损害程度小；（2）剪切稀释性强。环空流体的粘度、切力较高，携带岩屑的能力强；钻头喷嘴处流动阻力较小，有利于提高钻速；（3）聚合物处理剂具有较强的包被和抑制分散的作用，有利于保持井壁稳定。聚合物钻井液存在在问题。

上述化学类钻井液中含无机物、有机聚合物、油品、岩屑和重金属等有毒物质，这些物质会严重污染环境。而人们环保意识的增强，国内环保法律、法规的日益健全，对在油气钻井中有着重要地位的钻井液的环保性能有了更新的、严格的要求，所以钻井液除了应该实现基本功能以外，还要满足环保排放标准，不污染周围的环境（包括土壤、动植物、地下水等），不影响农作物生长及施工人员的健康安全等条件。

近年来国外研发人员在对聚合物钻井液的选择上进行了大量研究，主要成果是，用丙烯酸类聚合物、淀粉的衍生物、生物聚合物以及聚环氧乙烷等处理剂可以配制出不同类型的聚合物钻井液体系。

小核菌硬葡聚糖（Scleroglucan）是小核菌（Sclerotium sp.）通过发酵所分泌出的一种胞外多糖。目前，在国际市场中，小核菌硬葡聚糖普遍应用在化妆品中，多做为保湿、抗炎、增稠成分。但是，目前未发现有将小核菌硬葡聚糖发酵液作为油田钻井液处理剂的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种小核菌硬葡聚糖发酵液作为油田钻井液处理剂的应用，小核菌硬葡聚糖发酵液具有耐高温、耐剪切、耐矿化度等特点，可以很好调节钻井液性能。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种小核菌硬葡聚糖发酵液作为油田钻井液处理剂的应用。

所述的油田钻井液处理剂包括如下重量百分比的组分：小核菌硬葡聚糖发酵液2%-90%，水10-98%。

所述小核菌硬葡聚糖发酵液采用原位分离发酵法进行发酵生产，小核菌硬葡聚糖发酵中多糖含量为0.1%-2.5。

所述小核菌硬葡聚糖发酵液原位分离发酵法进行发酵生产法的步骤为：

⑴.菌种培养：

在恒温摇床或种子发酵罐中培养小核菌种子液。

⑵.利用发酵罐对小核菌进行发酵：

将配制好的发酵培养基通过连续灭菌装置进行灭菌后，进入空消灭菌后的发酵罐中，将培养好的小核菌种子液通过无菌接种管道以2～5%的比例接入发酵培养基中进行发酵培养，发酵条件为：初始通风比为0.8~1.2：1，发酵罐搅拌叶转速为200~400rpm，pH控制在3~4，溶氧量控制在20%~50%，温度为25~30℃，罐压为0.045~0.055MPa。

⑶.在线分离提取：

发酵培养24小时后将发酵罐内的发酵液泵出至陶瓷微滤膜设备进行微滤分离，分离条件为：温度为25-35℃、进膜压力为0.15-0.25MPa、膜的孔径为0.1-0.3μm，分离出多糖后含菌体的发酵液返回发酵罐继续发酵，分离所得的多糖液泵至陶瓷超滤膜设备进行提取分纯，提取分纯条件为：温度为25-35℃、进膜压力为0.15-0.25MPa、膜的孔径为7000-13000道尔顿分子量，提取分纯后的发酵液返回发酵罐继续参与发酵培养，对提取分纯所得的多糖浓缩液进行收集。

⑷.连续补充发酵培养基，实现连续发酵：

向发酵罐内连续补充发酵培养基，进行连续发酵。

所述小核菌硬葡聚糖发酵液的制备方法还包括向发酵罐内补充碱液的步骤，通过补入30%NAOH溶液，控制发酵液pH为3~4。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明将硬葡聚糖发酵液作为油田钻井液处理剂，可以在温度低于130℃，矿化度小于20000mg/l，pH1-12范围内的地层环境下使用，克服了目前生物聚合物类产品耐温性差、易受地层矿化度及pH影响等不利因素，适用范围更广，耐受恶劣地层条件能力更强。

2、本发明中的小核菌硬葡聚糖采用原位分离发酵法进行生产小核菌硬葡聚糖发酵液的液态产品纯度高，产物粘度大，做为钻井液处理剂使用时需要将液态发酵液稀释后使用，与目前使用的低粘度生物聚合物相比，使用成本大幅度降低。

3、本发明中的小核菌硬葡聚糖的聚合多糖分子以棒状三螺旋形存在，具有半刚性，使其具有很强的增稠能力，使得其作为油田钻井液的主要性能优于目前市场存在的黄原胶、韦兰胶、瓜豆胶等生物聚合物，具有耐高温、耐剪切、耐矿化度等特点，且与其他物质配伍性良好，其做为聚合物钻井液处理剂使用可以很好调节钻井液性能，适用于高温高盐等恶劣地质条件。

4、本发明的小核菌硬葡聚糖在线发酵提取方法，在发酵过程中利用陶瓷膜分离提取方式将小核菌葡聚糖产物连续不断从发酵液中提取出来，小核菌葡聚糖不会在发酵液中积累，从而避免了由于发酵液粘度增大、溶氧降低、ｐＨ值降低等问题而抑制产物合成，进而大幅度提高发酵生产小核菌葡聚糖的产率。

5、本发明的小核菌硬葡聚糖在线发酵提取方法，由于在发酵过程中被连续分离出来的小核菌葡聚糖已经过陶瓷膜的分离及提纯，不再含有残糖和无机盐分子，因此其多糖产物不需再进行分离提取，简化了生产工艺，同时大幅度降低了提取成本。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种小核菌硬葡聚糖发酵液作为油田钻井液处理剂的应用。主要适用于温度30℃～130℃，矿化度＜20000mg/l,pH1-12范围内的地层环境。所述的油田钻井液处理剂包括如下重量百分比的组分：小核菌硬葡聚糖发酵液2%-90%，水10-98%。小核菌硬葡聚糖发酵液采用原位分离发酵法进行发酵生产，小核菌硬葡聚糖发酵中多糖含量为0.1%-2.5。

小核菌硬葡聚糖发酵液的制备方法为原位分离发酵法，其步骤为：

⑴.菌种培养：

利用1000ml摇瓶在恒温摇床中培养小核菌种子液。菌种培养基的组份及其质量百分比为：蔗糖4%、硝酸钠0.3%、玉米浆0.075%、酵母粉0.075%、氯化钾0.05%、磷酸二氢钾0.05%、七水硫酸镁0.05%，剩余为水，pH：5.0。摇床温度30℃，摇床转速150rpm，培养周期48小时。

⑵.利用30L发酵罐对小核菌进行发酵：

将配制好的发酵培养基通过连续灭菌装置进行灭菌后，进入空消灭菌后的发酵罐中，灭菌条件：121℃，罐压：1kg/cm²，时间为20min。发酵培养基的组份及其质量百分比为：蔗糖4%、硝酸钠0.3%、玉米浆0.075%、酵母粉0.075%、氯化钾0.05%、磷酸二氢钾0.05%、七水硫酸镁0.05%，剩余为水，pH：5.0。摇床温度30℃，摇床转速150rpm。降温至30℃时将培养好的小核菌种子液通过无菌接种管道以2～5%的比例接入20L发酵培养基中进行发酵培养，发酵条件为：初始通风比为1：1，发酵罐搅拌叶转速为300rpm，pH控制在3.5，溶氧量控制在20%~50%，温度为25~30℃，罐压为0.045~0.055MPa。发酵培养周期为24-48小时。

⑶.在线分离提取：

发酵培养24小时后将发酵罐内的发酵液泵出至陶瓷微滤膜设备进行微滤分离，分离条件为：温度为30℃、进膜压力为0.2MPa、膜的孔径为0.2μm，分离后的发酵液返回发酵罐继续发酵，分离所得的多糖液泵至陶瓷超滤膜设备进行提取分纯，提取分纯条件为：温度为30℃、进膜压力为0.2MPa、膜的孔径为10000道尔顿分子量，提取分纯后的发酵液返回发酵罐继续参与多糖发酵，对提取分纯所得的多糖浓缩液进行收集。

⑷.在线分离提取过程中向发酵罐内补充发酵培养基的步骤，以保证连续的发酵生产。还包括补充碱液步骤，通过补入30%NaOH溶液，控制发酵液pH为3.5。

采用本发明的小核菌硬葡聚糖在线发酵提取方法可将小核菌硬葡聚糖产量由传统的间歇式发酵产量22g/L提高到28g/L，产率提高27.3%。生产1公斤小核菌硬葡聚糖，节约21.4%培养基原料。而且，采用陶瓷膜分离和提取，提取设备成本和运行费用也降低，总计每公斤小核菌硬葡聚糖成本价格比传统间歇式发酵方法降低50%。

下面结合试验及试验数据对进一步说明本发明。

实施例1

将小核菌硬葡聚糖发酵液与水比例按照10Kg，水90Kg混合制成油田钻井液处理剂，经测试，以上述比例配制的小核菌硬葡聚糖油田钻井液处理剂在pH1-13条件下粘度保持不变，而目前做为油田产品普遍使用的黄原胶其pH使用范围为3-11，超过此范围其粘度下降率达30%以上，且粘度不可恢复。所以小核菌硬葡聚糖做为油田钻井液处理剂更能适应地质条件复杂的油井钻探。

实施例2

将小核菌硬葡聚糖发酵液与水比例按照30Kg，水70Kg混合制成油田钻井液处理剂，经测试，以此比例配制的小核菌硬葡聚糖油田钻井液处理剂粘度达到500cp，在高剪切力搅拌后粘度恢复率达100%，具有良好的假塑性，而同为油田产品的聚丙烯酰胺，在高剪切力下搅拌，其粘度会有大幅下降，且粘度不可恢复，从而证明小核菌硬葡聚糖较聚丙烯酰胺具有更良好的假塑性。

实施例3

将小核菌硬葡聚糖发酵液与水比例按照90Kg，水10Kg混合制成油田钻井液处理剂，经测试，以此比例配制的小核菌硬葡聚糖油田钻井液处理剂粘度达到3500cp，在130℃，粘度保持不变。而黄原胶在70℃时粘度已出现大幅下降，且恢复至室温时粘度不能还原，证明黄原胶在高温油井中无法应用，而小核菌硬葡聚糖由于其良好的耐温性，做为钻井液处理剂应用范围更广，更能适应地质条件恶劣的地层环境。

Claims (5)

1.一种小核菌硬葡聚糖发酵液作为油田钻井液处理剂的应用。

2.根据权利要求1所述的小核菌硬葡聚糖发酵液作为油田钻井液处理剂的应用，其特征在于：所述的油田钻井液处理剂包括如下重量百分比的组分：小核菌硬葡聚糖发酵液2%-90%，水10-98%。

3.根据权利要求1所述的小核菌硬葡聚糖发酵液作为油田钻井液处理剂的应用，其特征在于：所述小核菌硬葡聚糖发酵液采用原位分离发酵法进行发酵生产，小核菌硬葡聚糖发酵中多糖含量为0.1%-2.5。

4.根据权利要求1所述的小核菌硬葡聚糖发酵液作为油田钻井液处理剂的应用，其特征在于：所述小核菌硬葡聚糖发酵液原位分离发酵法进行发酵生产法的步骤为：

⑴.菌种培养：

在恒温摇床或种子发酵罐中培养小核菌种子液。

⑵.利用发酵罐对小核菌进行发酵：

将配制好的发酵培养基通过连续灭菌装置进行灭菌后，进入空消灭菌后的发酵罐中，将培养好的小核菌种子液通过无菌接种管道以2～5%的比例接入发酵培养基中进行发酵培养，发酵条件为：初始通风比为0.8~1.2：1，发酵罐搅拌叶转速为200~400rpm，pH控制在3~4，溶氧量控制在20%~50%，温度为25~30℃，罐压为0.045~0.055MPa。

⑶.在线分离提取：

发酵培养24小时后将发酵罐内的发酵液泵出至陶瓷微滤膜设备进行微滤分离，分离条件为：温度为25-35℃、进膜压力为0.15-0.25MPa、膜的孔径为0.1-0.3μm，分离出多糖后含菌体的发酵液返回发酵罐继续发酵，分离所得的多糖液泵至陶瓷超滤膜设备进行提取分纯，提取分纯条件为：温度为25-35℃、进膜压力为0.15-0.25MPa、膜的孔径为7000-13000道尔顿分子量，提取分纯后的发酵液返回发酵罐继续参与发酵培养，对提取分纯所得的多糖浓缩液进行收集。

⑷.连续补充发酵培养基，实现连续发酵：

向发酵罐内连续补充发酵培养基，进行连续发酵。

5.根据权利要求3所述的小核菌硬葡聚糖发酵液作为油田钻井液处理剂的应用，其特征在于：所述小核菌硬葡聚糖发酵液的制备方法还包括向发酵罐内补充碱液的步骤，通过补入30%NAOH溶液，控制发酵液pH为3~4。