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聚陰離子纖維素（PAC）在水基鉆井液中應(yīng)用簡(jiǎn)述

聚陰離子纖維素（PAC）在鉆井液中主要作為降濾失劑、增粘劑、流變調(diào)節(jié)劑等使用。文章對(duì)PAC主要理化指標(biāo),如粘度、流變性、取代均勻性、純度、鹽粘比等,并結(jié)合在鉆井液中的應(yīng)用指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)述。

關(guān)鍵詞：PAC;粘度、取代度、純度、鹽粘比、抗菌性、環(huán)保性、性能指標(biāo)。

聚陰離子纖維素（PAC）在鉆井液中主要作為降濾失劑、增粘劑、流變調(diào)節(jié)劑等使用。文章對(duì)PAC主要理化指標(biāo),如粘度、流變性、取代均勻性、純度、鹽粘比等,并結(jié)合在鉆井液中的應(yīng)用指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)述。
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特有的分子結(jié)構(gòu)，使其在淡水、鹽水、海水和飽和鹽水中表現(xiàn)出優(yōu)良的應(yīng)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(jiān)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(dòng)切力，能良好改善和控制泥漿的流變性。而這些應(yīng)用性能與其產(chǎn)品的理化指標(biāo)有著緊密的聯(lián)系。
1、PAC粘度與其在鉆井液中的應(yīng)用
???? PAC粘度是溶解于水后形成膠體溶液所表現(xiàn)出的特性。PAC溶液的流變行為，對(duì)其應(yīng)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(guān)系。一般說(shuō)來(lái)，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(chǎn)品理化指標(biāo)中粘度的測(cè)試，通常采用NDJ-79或Brookfield粘度計(jì)測(cè)試。PAC產(chǎn)品粘度的控制，則根據(jù)應(yīng)用需求來(lái)控制，當(dāng)PAC作為增粘劑或流變性調(diào)節(jié)劑使用時(shí)通常需要高粘度PAC(產(chǎn)品型號(hào)通常是PAC-HV? PAC-R等)，當(dāng)PAC主要用于降濾失劑使用時(shí)，且在使用中不增加鉆井液粘度或改變鉆井液流變性時(shí)，則需要低粘度PAC產(chǎn)品（產(chǎn)品型號(hào)通常是 PAC-LV、PAC-L）。
???? 在實(shí)際應(yīng)用中，鉆井液流變性關(guān)系到：（1）鉆井液攜帶鉆屑、清潔井眼的能力；（2）懸浮力；（3）對(duì)井壁的穩(wěn)定作用；（4）鉆井參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。鉆井液流變性，通常采用6速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)試：600轉(zhuǎn)、300轉(zhuǎn)、200轉(zhuǎn)、100轉(zhuǎn)、6轉(zhuǎn).3轉(zhuǎn)讀數(shù)，計(jì)算出表觀粘度、塑性粘度、動(dòng)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(dòng)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(xué)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(duì)于特殊的鉆井液體系中，單從PAC粘度指標(biāo)來(lái)評(píng)估對(duì)鉆井液流變性的影響，有可能會(huì)出現(xiàn)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(chǎn)品有較高的粘度，但由于產(chǎn)品取代度低，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品抗鹽性低，使得產(chǎn)品在使用過(guò)程中增粘效果差，導(dǎo)致鉆井液表觀粘度低、塑性粘度低、動(dòng)切力低，進(jìn)而使得鉆井液攜帶鉆屑能力差，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致卡鉆。
2、PAC取代度和取代均勻性與其在鉆井液中的應(yīng)用性能
????? PAC產(chǎn)品取代度在通常大于等于0.9。但由于各個(gè)廠家需求不同，所以PAC產(chǎn)品取代度各不相同。近年來(lái)，油服公司對(duì)PAC產(chǎn)品應(yīng)用性能要求不斷提高，高取代度的PAC產(chǎn)品需求呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。
PAC取代度的高低和取代均勻性與產(chǎn)品的鹽粘比、抗鹽性、濾失量關(guān)系較大。通常情況下，PAC取代度越高，取代均勻性越好，產(chǎn)品鹽粘比、抗鹽性和濾失量較好。
????? 當(dāng)PAC溶于強(qiáng)電解質(zhì)無(wú)機(jī)鹽溶液時(shí)，溶液的粘度將會(huì)降低，產(chǎn)生所謂的鹽效應(yīng)。鹽電離出的正離子與PAC分子側(cè)鏈上的-COH2COO-.H2O陰離子基團(tuán)作用，降低（甚至消除）PAC分子側(cè)鏈上的同電性。PAC分子鏈由于沒(méi)有足夠的靜電斥力，發(fā)生卷曲變形，分子鏈之間部分氫鍵發(fā)生斷裂，破壞了原已形成的空間結(jié)構(gòu)，具體表現(xiàn)水粘度降低。
???? PAC的抗鹽性能通常以鹽粘比（SVR）來(lái)衡量。當(dāng)SVR值較高時(shí)，PAC表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，一般情況下產(chǎn)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(shí)，PAC在鉆井液中能電離生成長(zhǎng)鏈的多價(jià)陰離子。其分子鏈上的羥基和醚氧基通過(guò)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(gè)羧酸鈉基通過(guò)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(jié)成大顆粒（護(hù)膠作用），并且多個(gè)粘土細(xì)顆粒會(huì)同時(shí)吸附在PAC的一條分子鏈上，形成布滿整個(gè)體系的混合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高了粘度顆粒的聚結(jié)穩(wěn)定性，有利于保護(hù)鉆井液中顆粒的含量，形成致密的泥餅，降低濾失量。而PAC產(chǎn)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(chǎn)生的護(hù)膠作用越強(qiáng)，所以降濾失效果越明顯。
3、PAC純度與其在鉆井液中的應(yīng)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(guī)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(guò)調(diào)整純度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
相同條件下，如果PAC純度越高，則產(chǎn)品性能越好。但產(chǎn)品性能好的PAC，產(chǎn)品純度不一定高。而產(chǎn)品性能與純度的平衡，需根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定。
4、PAC抗菌性與環(huán)保性在鉆井液中應(yīng)用性能
????? PAC在一定條件下，某些微生物會(huì)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(dǎo)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(lián)結(jié)的側(cè)鏈能阻止酶分解的原因。
???? PAC取代度相對(duì)較高，因此產(chǎn)品抗菌性能較好，在實(shí)際使用中不會(huì)因?yàn)榘l(fā)酵而產(chǎn)生腐臭味，所以不用特別添加防腐劑，有利于現(xiàn)場(chǎng)施工。
因?yàn)镻AC無(wú)毒無(wú)害，所以對(duì)環(huán)境無(wú)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(duì)容易，且處理后對(duì)環(huán)境無(wú)害。因此PAC是優(yōu)良的環(huán)保鉆井液添加劑。
參考文獻(xiàn)
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