《聚阴离子纤维素PAC在质量控制及在油田中的应用会议稿》由会员分享，可在线阅读，更多相关《聚阴离子纤维素PAC在质量控制及在油田中的应用会议稿（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,十六届油田化学品研讨会会议报告聚阴离子纤维素(PAC)质量控制 及在石油开采中的应用山东光大科技发展有限公司 陈爱猛,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,第一部分 聚阴离子纤维素介绍聚阴离子纤维素，英文名Polyanionic Cellulose，简称PAC。PAC是一种水溶性纤维素醚，具有增稠、分散、成膜、粘结和保护胶体等特性。通常应用其钠盐，为白色粉末，吸湿性很强，能溶于水
2、形成粘性溶液，主要用作陆地和海洋石油钻井泥浆添加剂，具有良好抗盐性能，是钻井泥浆中一种重要高效处理剂。GB/T 5005-2010 钻井液材料规范中有具体的质量指标和技术要求。,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,原料来源于棉纤维素，形态示意图,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,纤维素微观与宏观结构示意图,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Developme
3、nt CO.,Ltd,5,聚阴离子纤维素PAC结构示意图 在棉纤维分子链上引入了官能团-R （R=-OH 或 -OCH2COONa）,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,PAC起源：上世纪70年代国外CMC大公司推出耐温、耐盐的海水钻井液用纤维素醚，称之为“PAC”，对外长期保密，实行封锁。后经取样剖析，发现所谓的“PAC”与“羧甲基纤维素CMC”在化学结构上实质上接近，但应用性能优良，用作抗滤失剂，比普通CMC的造浆量高，API失水低，抗温性能好。性能主要表现在各种浓度的盐水溶液中表现出良好的增粘能力
4、、溶液热稳定性和流变性能, 极大拓宽了它在石油开采和许多其它领域的应用。,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,多年来，国外沿海大陆架的石油开发公司和泥浆公司普遍采用PAC作为钻井泥浆处理剂，其性能远超过CMC、发展速度很快。日本Tel-nife、美国Hercules、MilCHem、IMCO、Drillspec，DAICel，英国B.W. MucldeBayer，荷兰EnKA和法国CeCaSa等公司都推出了自己的PAC品牌。,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technolog
5、ical Development CO.,Ltd,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,保守估计，世界每年PAC需求量在20多万吨，且用量和领域在逐年上升和不断拓宽，我国PAC用量随着大型油田的开发需求量将会大幅度提高。,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,另外，PAC在日用化工、纺织、建
6、筑、食品等行业也显现出优良的使用性能。,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,聚阴离子纤维素的生产方法，主要是将含纤维素高的棉短绒在均匀的液浆悬浮状态下进行碱化处理成为碱纤维素，然后用氯乙酸进行醚化，按照醚化度的不同制成不同规格的产品。与CMC相比，PAC平均取代度高、取代基分布均匀。工艺的差异造成产品有巨大差别其原因应当归属于天然纤维素这种高分子结构的特殊性以及在纤维素醚工业化生产中许多复杂性。,第二部分 PAC的生产原理,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technologi
7、cal Development CO.,Ltd,1、聚阴离子纤维素生成过程,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,14,纤维素碱化为碱纤维素： Cell-(OH)3+xNaOH Cell-(OH)3-x(O-Na+)x+xH2O 氯乙酸转化为氯乙酸钠： ClCH2COOH +NaOH ClCH2COONa+H2O 碱纤维素和氯乙酸钠转化为： Cell-(OH)3-x(O-Na+)x +nClCH2COONa Cell-(OH)3-x (ONa) x-n(OCH2COO-Na+) n + nNaCl 经过中
8、和、洗涤： Cell-(OH)3-x (ONa) x-n(OCH2COO-Na+) n+( x-n)CH3COOH Cell-(OH)3-n(OCH2COO-Na+) n+( x-n)CH3COONa,2.1 工业PAC生产的反应原理,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,15,捏合法/面团法 (Dough process)溶媒法生产工艺 （Solvent process）淤浆法/液浆法 (Slurry process),2.2 PAC生产工艺,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda
9、Technological Development CO.,Ltd,16,国内其他厂家PAC生产工艺示意图,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,2018/9/12,17,捏合机碱化设备结构示意图,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,18,山东光大科技PAC生产工艺示意图,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,普通工艺（左）和
10、山东光大科技发展有限公司（右）反应工艺对比,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,3、光大科技发展有限公司PAC生产过程的改进,1、产品的粘度高：在反应阶段，我们采用的设备是反应釜，而不是捏合机。反应釜可以充氮气、抽真空，这样保证了纤维素原料的高分子长链尽量得到保存，从而使产品具有更高的粘度。 2、产品取代均匀：我们使用高浴比液浆法工艺，是原料悬浮于惰性溶剂中，进行充分反应，从而保证了产品的官能团均匀分布，指标稳定。在工艺改进和产品指标检验中，得到了北京理工大学和泰安赛露科贸的技术支持。,山东光大科技发展
11、有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,1、产品本身的优越性 有人理解为PAC是在一定液固比条件下或特殊工艺条件下制备的取代均匀的高端CMC。采用的设备更先进、工艺配方更科学，取代基在无水葡萄糖单元上分布均匀性好，使用性能优越。,第三部分 聚阴离子纤维素的应用,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,因为生产工艺的不同 ， CMC与PAC的质量指标存在较大的差距。即使最高品质的CMC也不可能达到PAC的质量指标。 相对于羧甲基纤维素（C
12、MC），聚阴离子纤维素（PAC）具有以下优良的特性。,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,PAC与CMC的取代基分布测试结果：,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,粘度 取代度 酸粘比、高温度酸黏比 耐盐性，盐黏比 屈服值 主要的技术指标：粘度、取代度及均匀程度、酸粘比及高温度酸粘比,2、 聚阴离子纤维素测试的主要应用技术指标,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological
13、 Development CO.,Ltd,25,PAC系聚阴离子高分子化合物，其聚合度的高低决定了分子量的大小，物理性能上最直观的表现就是粘度。 PAC分子量的大小与其分子量分布均影响其在石油开采中应用的稳定性、表观流动性。,粘度,通过GPC测试PAC的分子量及分子量分布，得出取代均匀性好、取代度高、分子量分布窄的PAC产品，在应用中有良好的稳定性,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,取代度越高，说明PAC分子上阴离子 （-OCH2COONa）数量越多，与使用性能越稳定。 PAC取代度越高，分子中未取代
14、单元相对减少。高取代度PAC在石油开采中应用表现更好；,取代度(DS),山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,27,取代度过低的PAC产品的稳定性作用略差，表现为沉淀量大、黏度稳定性差、抗滤失性差。 一般用PAC选择取代度最好大于0.95。 取代均匀性好的PAC产品质量好，具体体现在产品外观流动性好，产品溶解水后透明度高，耐酸、耐热、抗盐性及触变性均好,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,酸粘比越高，说明PAC在酸
15、性体系下粘度下降的幅度较小，即PAC的抗酸性越好； 酸粘比低，说明产品的抗酸性能差。,酸粘比 AVR,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,在上述酸粘比基础上，对PAC溶液升温，冷却后测定其粘度与初始粘度的比值即为高温度酸粘比。 高温度酸粘比越高，说明PAC的抗酸、抗温性越好 高温度酸粘比低，说明产品的抗酸、抗温性能差。 不同型号的PAC产品有不同的高温度酸粘比。,高温度酸粘比,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,
16、PAC与CMC酸黏比、盐黏比和应用测试结果：,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,PAC屈服值测试：PAC、CMC分别在4%NaCl水溶液中配置成1%浓度混合物，在25oC下用范代粘度仪测量其沉化一整天后的屈服值，结果见下表。 光大科技公司的PAC透明度结果,山东光大科技发展有限公司 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd,3 、PAC应用于石油、天然气的钻探、掘井等工程钻井液与完井液工艺技术是石油钻井工程的重要组成部分，它在确保安全、优质及快速钻井中起着关键性的作用。作为一类用来调整钻井液与完井液性能的处理剂，纤维素衍生物的作用目前主要体现在降滤失和增粘方面。PAC降滤失机理主要是通过在钻井液粘土颗粒表面形成吸附溶剂化层提高体系的聚结稳定性；通过对粘土细颗粒的保护作用阻碍粘土细颗粒粘结变大；通过提高滤液的粘度和堵孔作用降低泥饼的渗透性。PAC容易分散在所有水基钻井液中，从淡水直至饱和盐水钻井液均可适用。在低固相和无固相钻井液中，能够显著地降低滤失量并减薄泥饼厚度，并对页岩水化有较强的抑制作用。与常规CMC相比，在恰当应用下可以最少量达到最大的经济效益。,
