Polyanionische cellulose (PAC) wordt voornamelijk gebruikt als vloeistofverliesverminderaar, viscositeitsverbeteraar en reologische regulator in boorvloeistoffen. Dit artikel beschrijft kort de belangrijkste fysische en chemische indexen van PAC, zoals viscositeit, reologie, substitutie-uniformiteit, zuiverheid en zoutviscositeitsverhouding, gecombineerd met de toepassingsindexen in boorvloeistoffen.
De unieke moleculaire structuur van PAC zorgt voor uitstekende prestaties in zoet, zout en verzadigd zout water. Bij gebruik als filtraatreducer in boorvloeistoffen heeft PAC een efficiënte waterverliesbeheersing en is de gevormde modderkoek dun en taai. Als viscositeitsregelaar kan het snel de schijnbare viscositeit, plastische viscositeit en dynamische schuifkracht van boorvloeistoffen verbeteren en de reologie van de modder verbeteren en beheersen. Deze toepassingseigenschappen hangen nauw samen met de fysische en chemische indexen van hun producten.
1. PAC-viscositeit en de toepassing ervan in boorvloeistof
De viscositeit van PAC is een kenmerk van de colloïdale oplossing die gevormd wordt na oplossen in water. Het reologische gedrag van PAC-oplossing heeft een belangrijke invloed op de toepassing ervan. De viscositeit van PAC is gerelateerd aan de polymerisatiegraad, de oplossingsconcentratie en de temperatuur. Over het algemeen geldt: hoe hoger de polymerisatiegraad, hoe hoger de viscositeit; de viscositeit neemt toe met een toename van de PAC-concentratie; de viscositeit van de oplossing neemt af met een toename van de temperatuur. De NDJ-79 of Brookfield-viscosimeter wordt meestal gebruikt om de viscositeit te testen in de fysische en chemische indexen van PAC-producten. De viscositeit van PAC-producten wordt geregeld volgens de toepassingsvereisten. Wanneer PAC wordt gebruikt als kleefkrachtverhogend middel of reologische regulator, is meestal PAC met een hoge viscositeit vereist (het productmodel is meestal pac-hv, pac-r, enz.). Wanneer PAC hoofdzakelijk wordt gebruikt om vloeistofverlies te verminderen en de viscositeit van de boorvloeistof niet verhoogt of de reologie van de gebruikte boorvloeistof niet verandert, zijn PAC-producten met een lage viscositeit vereist (de productmodellen zijn meestal pac-lv en pac-l).
In de praktijk is de reologie van boorvloeistof gerelateerd aan: (1) het vermogen van boorvloeistof om boorgruis te dragen en de boorgat te reinigen; (2) levitatiekracht; (3) stabiliserend effect op de schachtwand; (4) optimalisatie van het ontwerp van boorparameters. De reologie van boorvloeistof wordt meestal getest met een roterende viscosimeter met 6 snelheden: 600 tpm, 300 tpm, 200 tpm, 100 tpm en 6 tpm. 3 RPM-waarden worden gebruikt om de schijnbare viscositeit, plastische viscositeit, dynamische schuifkracht en statische schuifkracht te berekenen, die de reologie van PAC in boorvloeistof weerspiegelen. In hetzelfde geval geldt: hoe hoger de viscositeit van PAC, hoe hoger de schijnbare viscositeit en plastische viscositeit, en hoe groter de dynamische schuifkracht en statische schuifkracht.
Bovendien bestaan er veel soorten boorvloeistoffen op waterbasis (zoals zoetwaterboorvloeistof, boorvloeistof voor chemische behandeling, boorvloeistof voor calciumbehandeling, zoute boorvloeistof, zeewaterboorvloeistof, enz.), waardoor de reologie van PAC in verschillende boorvloeistofsystemen verschilt. Bij speciale boorvloeistofsystemen kan er een grote afwijking zijn bij de beoordeling van de impact op de vloeibaarheid van de boorvloeistof, uitsluitend op basis van de viscositeitsindex van PAC. Bijvoorbeeld, in een zeewaterboorvloeistofsysteem, vanwege het hoge zoutgehalte, hoewel het product een hoge viscositeit heeft, zal de lage substitutiegraad van het product leiden tot een lage zoutbestendigheid van het product, wat resulteert in een slechte viscositeitsverhogend effect van het product tijdens het gebruik, wat resulteert in een lage schijnbare viscositeit, lage plastische viscositeit en lage dynamische schuifkracht van de boorvloeistof, wat resulteert in een slecht vermogen van de boorvloeistof om boorgruis te transporteren, wat in ernstige gevallen kan leiden tot vastlopen.
2. Substitutiegraad en uniformiteit van PAC en de toepassingsprestaties ervan in boorvloeistof
De substitutiegraad van PAC-producten is doorgaans groter dan of gelijk aan 0,9. Vanwege de verschillende behoeften van verschillende fabrikanten kan de substitutiegraad van PAC-producten echter variëren. De afgelopen jaren hebben oliebedrijven de prestatie-eisen voor PAC-producten voortdurend verbeterd en de vraag naar PAC-producten met een hoge substitutiegraad neemt toe.
De substitutiegraad en uniformiteit van PAC hangen nauw samen met de zoutviscositeitsverhouding, zoutbestendigheid en filtratieverlies van het product. Over het algemeen geldt: hoe hoger de substitutiegraad van PAC, hoe beter de substitutie-uniformiteit en hoe beter de zoutviscositeitsverhouding, zoutbestendigheid en filtratie van het product.
Wanneer PAC wordt opgelost in een sterke elektrolytoplossing van anorganisch zout, neemt de viscositeit van de oplossing af, wat resulteert in het zogenaamde zouteffect. De positieve ionen die door het zout worden geïoniseerd en - coh2coo - verminderen (of elimineren) de homo-elektriciteit in de zijketen van het PAC-molecuul. Door onvoldoende elektrostatische afstotingskracht krult en vervormt de PAC-molecuulketen, en breken sommige waterstofbruggen tussen de ketens, wat de oorspronkelijke ruimtelijke structuur vernietigt en specifiek de viscositeit van water verlaagt.
De zoutbestendigheid van PAC wordt meestal gemeten met de zoutviscositeitsverhouding (SVR). Bij een hoge SVR-waarde vertoont PAC een goede stabiliteit. Over het algemeen geldt: hoe hoger de substitutiegraad en hoe beter de uniformiteit van de substitutie, hoe hoger de SVR-waarde.
Wanneer PAC wordt gebruikt als filtraatreducer, kan het ioniseren tot multivalente anionen met lange ketens in boorvloeistof. De hydroxyl- en etherzuurstofgroepen in de moleculaire keten vormen waterstofbruggen met zuurstof op het oppervlak van viscositeitsdeeltjes of coördinatiebindingen met Al3+ op de bindingsbrekende rand van kleideeltjes, waardoor PAC aan klei kan worden geadsorbeerd. De hydratatie van meerdere natriumcarboxylaatgroepen verdikt de hydratatiefilm op het oppervlak van kleideeltjes en voorkomt de aggregatie van kleideeltjes tot grote deeltjes door botsing (lijmbescherming). Meerdere fijne kleideeltjes worden tegelijkertijd geadsorbeerd aan een moleculaire keten van PAC om een gemengde netwerkstructuur te vormen die het hele systeem bedekt. Dit verbetert de aggregatiestabiliteit van viscositeitsdeeltjes, beschermt het deeltjesgehalte in de boorvloeistof en vormt een dichte modderkoek. Dit vermindert de filtratie. Hoe hoger de substitutiegraad van PAC-producten, hoe hoger het gehalte aan natriumcarboxylaat, hoe beter de substitutie en hoe gelijkmatiger de hydratatiefilm. Dit zorgt ervoor dat het gelbeschermende effect van PAC in boorvloeistof sterker is en dus het effect van vermindering van vloeistofverlies duidelijker zichtbaar is.
3. Zuiverheid van PAC en de toepassing ervan in boorvloeistof
Als het boorvloeistofsysteem verschilt, zijn de dosering van het boorvloeistofbehandelingsmiddel en het behandelingsmiddel verschillend, waardoor de dosering van PAC in verschillende boorvloeistofsystemen kan verschillen. Als de dosering van PAC in de boorvloeistof is gespecificeerd en de boorvloeistof een goede reologie en filtratiereductie heeft, kan dit worden bereikt door de zuiverheid aan te passen.
Onder dezelfde omstandigheden geldt: hoe hoger de zuiverheid van PAC, hoe beter de productprestaties. De zuiverheid van PAC bij goede productprestaties is echter niet per se hoog. De balans tussen productprestaties en zuiverheid moet worden bepaald op basis van de feitelijke situatie.
4. Toepassingsprestaties van PAC antibacteriële en milieubescherming in boorvloeistof
Onder bepaalde omstandigheden veroorzaken sommige micro-organismen afbraak van PAC, met name onder invloed van cellulase en piekamylase. Dit resulteert in de breuk van de PAC-hoofdketen en de vorming van reducerende suikers. De polymerisatiegraad neemt af en de viscositeit van de oplossing neemt af. De anti-enzymwerking van PAC hangt voornamelijk af van de uniformiteit van de moleculaire substitutie en de substitutiegraad. PAC met een goede substitutie-uniformiteit en een hoge substitutiegraad heeft een betere anti-enzymwerking. Dit komt doordat de zijketen, verbonden door glucoseresiduen, enzymafbraak kan voorkomen.
De substitutiegraad van PAC is relatief hoog, waardoor het product een goede antibacteriële werking heeft en geen vieze geur veroorzaakt door fermentatie bij gebruik. Er hoeven dan ook geen speciale conserveermiddelen te worden toegevoegd, wat bevorderlijk is voor de constructie op locatie.
Omdat PAC niet giftig en onschadelijk is, vervuilt het het milieu niet. Bovendien kan het onder specifieke microbiële omstandigheden worden afgebroken. PAC kan daarom relatief eenvoudig worden verwerkt in afvalboorvloeistof en is na behandeling onschadelijk voor het milieu. PAC is daarom een uitstekend additief voor boorvloeistoffen die het milieu beschermen.
Geplaatst op: 18 mei 2021