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    聚陰離子纖維素(PAC)在水基鉆井液中應用簡述

      PAC特有的分子結構,使其在淡水、鹽水、海水和飽和鹽水中表現出優良的應用性能,在鉆井液中作為降濾失劑使用具有高效的控制失水能力,且形成的泥餅薄而堅韌。作為增粘劑使用,能快速提高鉆井液表觀粘度、塑性粘度、動切力,能良好改善和控制泥漿的流變性。而這些應用性能與其產品的理化指標有著緊密的聯系。

      1、PAC粘度與其在鉆井液中的應用

      PAC粘度是溶解于水后形成膠體溶液所表現出的特性。PAC溶液的流變行為,對其應用有重要的影響。PAC的粘度與聚合度、溶液濃度、以及溫度都有一定關系。一般說來,聚合度越高,則粘度越高;粘度隨PAC濃度的增加而增大;溶液粘度隨溫度的升高而下降。PAC產品理化指標中粘度的測試,通常采用NDJ-79或Brookfield粘度計測試。PAC產品粘度的控制,則根據應用需求來控制,當PAC作為增粘劑或流變性調節劑使用時通常需要高粘度PAC(產品型號通常是PAC-HV PAC-R等),當PAC主要用于降濾失劑使用時,且在使用中不增加鉆井液粘度或改變鉆井液流變性時,則需要低粘度PAC產品(產品型號通常是 PAC-LV、PAC-L)。

      在實際應用中,鉆井液流變性關系到:(1)鉆井液攜帶鉆屑、清潔井眼的能力;(2)懸浮力;(3)對井壁的穩定作用;(4)鉆井參數的優化設計。鉆井液流變性,通常采用6速旋轉粘度計測試:600轉、300轉、200轉、100轉、6轉.3轉讀數,計算出表觀粘度、塑性粘度、動切力、靜切力等,反映PAC在鉆井液中的流變性。相同情況下,PAC粘度越高則表觀粘度、塑性粘度越高,動切力、靜切力越大。

      另外,由于水基鉆井液種類較多(例如:淡水鉆井液、化學處理鉆井液、鈣處理鉆井液、鹽水鉆井液、海水鉆井液等),所以PAC在不同鉆井液體系中的流變性各不相同,對于特殊的鉆井液體系中,單從PAC粘度指標來評估對鉆井液流變性的影響,有可能會出現較大的偏差。例如:在海水鉆井液體系,由于鹽含量較高,雖然產品有較高的粘度,但由于產品取代度低,會導致產品抗鹽性低,使得產品在使用過程中增粘效果差,導致鉆井液表觀粘度低、塑性粘度低、動切力低,進而使得鉆井液攜帶鉆屑能力差,嚴重時可能會導致卡鉆。

      2、PAC取代度和取代均勻性與其在鉆井液中的應用性能

      PAC產品取代度在通常大于等于0.9。但由于各個廠家需求不同,所以PAC產品取代度各不相同。近年來,油服公司對PAC產品應用性能要求不斷提高,高取代度的PAC產品需求呈增長趨勢。

      PAC取代度的高低和取代均勻性與產品的鹽粘比、抗鹽性、濾失量關系較大。通常情況下,PAC取代度越高,取代均勻性越好,產品鹽粘比、抗鹽性和濾失量較好。

      當PAC溶于強電解質無機鹽溶液時,溶液的粘度將會降低,產生所謂的鹽效應。鹽電離出的正離子與PAC分子側鏈上的-COH2COO-.H2O陰離子基團作用,降低(甚至消除)PAC分子側鏈上的同電性。PAC分子鏈由于沒有足夠的靜電斥力,發生卷曲變形,分子鏈之間部分氫鍵發生斷裂,破壞了原已形成的空間結構,具體表現水粘度降低。

      PAC的抗鹽性能通常以鹽粘比(SVR)來衡量。當SVR值較高時,PAC表現出較好的穩定性,一般情況下產品取代度越高、取代均勻性越好則SVR值高。

      PAC作為降濾失劑使用時,PAC在鉆井液中能電離生成長鏈的多價陰離子。其分子鏈上的羥基和醚氧基通過與粘度顆粒表面上的氧形成氫鍵或與粘土顆粒斷鍵邊緣上的AL3+之間形成配位鍵使PAC能吸附在粘土上;而多個羧酸鈉基通過水化使粘土顆粒表面水化膜變厚,阻止粘土顆粒之間因碰撞而聚結成大顆粒(護膠作用),并且多個粘土細顆粒會同時吸附在PAC的一條分子鏈上,形成布滿整個體系的混合網狀結構,從而提高了粘度顆粒的聚結穩定性,有利于保護鉆井液中顆粒的含量,形成致密的泥餅,降低濾失量。而PAC產品取代度越高則羧酸鈉的含量就越高,取代均勻性越好,則水化膜越均勻,這使得PAC在鉆井液中產生的護膠作用越強,所以降濾失效果越明顯。

      3、PAC純度與其在鉆井液中的應用性能

      鉆井液體系不同,則鉆井液處理劑和處理劑的用量各不相同,所以PAC在不同的鉆井液體系中用量可能不同。如果規定了PAC在鉆井液中的用量,且保證鉆井液具有較好的流變性和降濾失性,則可通過調整純度來實現。

      相同條件下,如果PAC純度越高,則產品性能越好。但產品性能好的PAC,產品純度不一定高。而產品性能與純度的平衡,需根據實際情況來確定。

      4、PAC抗菌性與環保性在鉆井液中應用性能

      PAC在一定條件下,某些微生物會使它引起腐敗,特別是受到纖維素酶、高峰淀粉酶等的作用,導致PAC主鏈的斷裂,生成還原糖,聚合度下降,溶液粘度隨著降低。PAC的抗酶能力主要取決于分子的取代均勻性和取代度高低,取代均勻好取代度高的PAC抗酶性能越好。這是由于葡萄糖殘基聯結的側鏈能阻止酶分解的原因。

      PAC取代度相對較高,因此產品抗菌性能較好,在實際使用中不會因為發酵而產生腐臭味,所以不用特別添加防腐劑,有利于現場施工。

      因為PAC無毒無害,所以對環境無污染,加之在特定微生物條件下能分解,因此處理廢棄鉆井液中的PAC相對容易,且處理后對環境無害。因此PAC是優良的環保鉆井液添加劑。





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