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聚陰離子纖維素（PAC）在水基鉆井液中應(yīng)用簡述

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(chǎn)品理化指標(biāo)中粘度的測試，通常采用NDJ-79或Brookfield粘度計(jì)測試。PAC產(chǎn)品粘度的控制，則根據(jù)應(yīng)用需求來控制，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，對于特殊的鉆井液體系中，單從PAC粘度指標(biāo)來評估對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，油服公司對PAC產(chǎn)品應(yīng)用性能要求不斷提高，高取代度的PAC產(chǎn)品需求呈增長趨勢。
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鏈的多價(jià)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(gè)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(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，則可通過調(diào)整純度來實(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)場施工。
因?yàn)镻AC無毒無害，所以對環(huán)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(huán)境無害。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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