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聚陰離子纖維素(PAC)在水基鑽井液中應用簡述

  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,在鑽井液中作為降濾失劑使用具有高效的控製失水能力,且形成的泥餅薄而堅韌。作為增粘劑使用,能快速提高鑽井液表觀粘度、塑性粘度、動切力,能良好改善和控製泥漿的流變性。而這些應用性能與其產品的理化指標有著緊密的聯係。

  1、PAC粘度與其在鑽井液中的應用

  PAC粘度是溶解於水後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係。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產品粘度的控製,則根據應用需求來控製,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主要用於降濾失劑使用時,且在使用中不增加鑽井液粘度或改變鑽井液流變性時,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,鑽井液流變性關係到:(1)鑽井液攜帶鑽屑、清潔井眼的能力;(2)懸浮力;(3)對井壁的穩定作用;(4)鑽井參數的優化設計。鑽井液流變性,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在鑽井液中的流變性。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,由於水基鑽井液種類較多(例如:淡水鑽井液、化學處理鑽井液、鈣處理鑽井液、鹽水鑽井液、海水鑽井液等),所以PAC在不同鑽井液體係中的流變性各不相同,對於特殊的鑽井液體係中,單從PAC粘度指標來評估對鑽井液流變性的影響,有可能會出現較大的偏差。例如:在海水鑽井液體係,由於鹽含量較高,雖然產品有較高的粘度,但由於產品取代度低,會導致產品抗鹽性低,使得產品在使用過程中增粘效果差,導致鑽井液表觀粘度低、塑性粘度低、動切力低,進而使得鑽井液攜帶鑽屑能力差,嚴重時可能會導致卡鑽。

  2、PAC取代度和取代均勻性與其在鑽井液中的應用性能

  PAC產品取代度在通常大於等於0.9。但由於各個廠家需求不同,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、濾失量關係較大。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溶於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分子鏈由於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在鑽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麵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麵水化膜變厚,阻止粘土顆粒之間因碰撞而聚結成大顆粒(護膠作用),並且多個粘土細顆粒會同時吸附在PAC的一條分子鏈上,形成布滿整個體係的混合網狀結構,從而提高了粘度顆粒的聚結穩定性,有利於保護鑽井液中顆粒的含量,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在鑽井液中產生的護膠作用越強,所以降濾失效果越明顯。

  3、PAC純度與其在鑽井液中的應用性能

  鑽井液體係不同,則鑽井液處理劑和處理劑的用量各不相同,所以PAC在不同的鑽井液體係中用量可能不同。如果規定了PAC在鑽井液中的用量,且保證鑽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抗菌性與環保性在鑽井液中應用性能

  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、高峰澱粉酶等的作用,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於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。這是由於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,有利於現場施工。

  因為PAC無毒無害,所以對環境無汙染,加之在特定微生物條件下能分解,因此處理廢棄鑽井液中的PAC相對容易,且處理後對環境無害。因此PAC是優良的環保鑽井液添加劑。





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