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                                                  聚阴离子纤维素(PAC)在水基钻井液中应用简述

                                                  发布时间:2016/4/13 15:44:51 来源:188体育盘口 浏览:4825

                                                  分享到:

                                                       摘要:聚阴离子纤维素(PAC)在钻井液中主要作为降滤失剂、增粘剂、流变调节剂等使用。文章对PAC主要理化指标,如粘度、流变性、取代均匀性、纯度、盐粘比等,并结合在钻井液中的应用指标进行简述。
                                                        关键词:PAC;粘度、取代度、纯度、盐粘比、抗菌性、环保性、性能指标 。
                                                                                        Brief introduction of Poly Anionic Cellulose (PAC) using drilling fluid 
                                                                                         (No.6, Jiangxia Road, Nan’an District, Chongqing, 401336,China)
                                                  Abstract: Poly Anionic Cellulose(PAC) is used as fluid loss agent ,tackifier and rheological control; In this paper, the PAC main chemical specification, such as viscosity, the uniformity of DS  ,purity and salt resistance etc are expounded for application specification in drilling fluid.
                                                  Key words: PAC, Viscosity, Rheological property, Degree of substitution, Salt resistance, ,Enzymatic resistance ,friendly environment,application specification
                                                      引言:PAC特有的分子结构,使其在淡水、盐水、海水和饱和盐水中表现出优良的应用性能 ,在钻井液中作为降滤失剂使用具有高效的控制失水能力,且形成的泥饼薄而坚韧  。作为增粘剂使用,能快速提高钻井液表观粘度、塑性粘度、动切力,能良好改善和控制泥浆的流变性 。而这些应用性能与其产品的理化指标有着紧密的联系。
                                                  1、PAC粘度与其在钻井液中的应用
                                                       PAC粘度是溶解于水后形成胶体溶液所表现出的特性。PAC溶液的流变行为,对其应用有重要的影响  。PAC的粘度与聚合度、溶液浓度、以及温度都有一定关系。一般说来,聚合度越高 ,则粘度越高 ;粘度随PAC浓度的增加而增大 ;溶液粘度随温度的升高而下降。PAC产品理化指标中粘度的测试,通常采用NDJ-79或Brookfield粘度计测试 。PAC产品粘度的控制 ,则根据应用需求来控制 ,当PAC作为增粘剂或流变性调节剂使用时通常需要高粘度PAC(产品型号通常是PAC-HV  PAC-R等) ,当PAC主要用于降滤失剂使用时 ,且在使用中不增加钻井液粘度或改变钻井液流变性时,则需要低粘度PAC产品(产品型号通常是 PAC-LV、PAC-L) 。
                                                       在实际应用中,钻井液流变性关系到:(1)钻井液携带钻屑、清洁井眼的能力 ;(2)悬浮力 ;(3)对井壁的稳定作用;(4)钻井参数的优化设计。钻井液流变性,通常采用6速旋转粘度计测试:600转、300转、200转、100转、6转.3转读数 ,计算出表观粘度、塑性粘度、动切力、静切力等,反映PAC在钻井液中的流变性。相同情况下,PAC粘度越高则表观粘度、塑性粘度越高 ,动切力、静切力越大。
                                                       另外 ,由于水基钻井液种类较多(例如:淡水钻井液、化学处理钻井液、钙处理钻井液、盐水钻井液、海水钻井液等),所以PAC在不同钻井液体系中的流变性各不相同 ,对于特殊的钻井液体系中,单从PAC粘度指标来评估对钻井液流变性的影响 ,有可能会出现较大的偏差。例如:在海水钻井液体系 ,由于盐含量较高  ,虽然产品有较高的粘度 ,但由于产品取代度低,会导致产品抗盐性低 ,使得产品在使用过程中增粘效果差 ,导致钻井液表观粘度低、塑性粘度低、动切力低 ,进而使得钻井液携带钻屑能力差,严重时可能会导致卡钻 。
                                                  2、PAC取代度和取代均匀性与其在钻井液中的应用性能
                                                        PAC产品取代度在通常大于等于0.9 。但由于各个厂家需求不同,所以PAC产品取代度各不相同 。近年来 ,油服公司对PAC产品应用性能要求不断提高 ,高取代度的PAC产品需求呈增长趋势。
                                                  PAC取代度的高低和取代均匀性与产品的盐粘比、抗盐性、滤失量关系较大。通常情况下,PAC取代度越高 ,取代均匀性越好 ,产品盐粘比、抗盐性和滤失量较好 。
                                                        当PAC溶于强电解质无机盐溶液时,溶液的粘度将会降低,产生所谓的盐效应 。盐电离出的正离子与PAC分子侧链上的-COH2COO-.H2O阴离子基团作用,降低(甚至消除)PAC分子侧链上的同电性 。PAC分子链由于没有足够的静电斥力,发生卷曲变形,分子链之间部分氢键发生断裂,破坏了原已形成的空间结构 ,具体表现水粘度降低 。
                                                       PAC的抗盐性能通常以盐粘比(SVR)来衡量。当SVR值较高时,PAC表现出较好的稳定性 ,一般情况下产品取代度越高、取代均匀性越好则SVR值高。
                                                  PAC作为降滤失剂使用时 ,PAC在钻井液中能电离生成长链的多价阴离子 。其分子链上的羟基和醚氧基通过与粘度颗粒表面上的氧形成氢键或与粘土颗粒断键边缘上的AL3+之间形成配位键使PAC能吸附在粘土上;而多个羧酸钠基通过水化使粘土颗粒表面水化膜变厚,阻止粘土颗粒之间因碰撞而聚结成大颗粒(护胶作用) ,并且多个粘土细颗粒会同时吸附在PAC的一条分子链上 ,形成布满整个体系的混合网状结构,从而提高了粘度颗粒的聚结稳定性,有利于保护钻井液中颗粒的含量,形成致密的泥饼  ,降低滤失量。而PAC产品取代度越高则羧酸钠的含量就越高,取代均匀性越好 ,则水化膜越均匀,这使得PAC在钻井液中产生的护胶作用越强,所以降滤失效果越明显。
                                                  3、PAC纯度与其在钻井液中的应用性能
                                                        钻井液体系不同 ,则钻井液处理剂和处理剂的用量各不相同,所以PAC在不同的钻井液体系中用量可能不同 。如果规定了PAC在钻井液中的用量,且保证钻井液具有较好的流变性和降滤失性,则可通过调整纯度来实现。
                                                  相同条件下 ,如果PAC纯度越高,则产品性能越好 。但产品性能好的PAC ,产品纯度不一定高。而产品性能与纯度的平衡,需根据实际情况来确定 。
                                                  4、PAC抗菌性与环保性在钻井液中应用性能
                                                        PAC在一定条件下 ,某些微生物会使它引起腐败 ,特别是受到纤维素酶、高峰淀粉酶等的作用 ,导致PAC主链的断裂 ,生成还原糖,聚合度下降,溶液粘度随着降低。PAC的抗酶能力主要取决于分子的取代均匀性和取代度高低,取代均匀好取代度高的PAC抗酶性能越好 。这是由于葡萄糖残基联结的侧链能阻止酶分解的原因。
                                                       PAC取代度相对较高  ,因此产品抗菌性能较好,在实际使用中不会因为发酵而产生腐臭味 ,所以不用特别添加防腐剂,有利于现场施工 。
                                                  因为PAC无毒无害 ,所以对环境无污染,加之在特定微生物条件下能分解,因此处理废弃钻井液中的PAC相对容易 ,且处理后对环境无害 。因此PAC是优良的环保钻井液添加剂。
                                                  参考文献
                                                  [1] 郑晓宇等,油田化学品 ,化学工业出版社,2001.1
                                                  [2] 樊世忠等  ,钻井液完井液及保护油气层技术,石油大学出版社 ,1996,4
                                                  [3] 邵自强等. 纤维素醚,化学工业出版社 ,2007:186
                                                  [4] 娄益明. 羧甲基纤维素生产及应用,上海科学技术出版社,1991:4

                                                                                                                                      重庆力宏精细化工有限公司   杜琨