羧甲基纖維素鈉鉆井泥漿降濾失粘度:
羧甲基纖維素鈉鉆井泥漿降濾失粘度,羧甲基纖維素鈉（CMC)作為一種具有增稠、 懸浮、分散、降濾失等獨(dú)特性能的流變助劑，廣泛 用于石油鉆井、建筑、涂料、食品、醫(yī)藥和日用化學(xué) 品等領(lǐng)域「1]。隨著石油鉆井領(lǐng)域的擴(kuò)大和平均鉆 井深度的增加，人們要求CMC具有更好的抗鹽、 抗鈣和抗溫性能。
用于鉆井液的CMC分為高粘度[2%水溶液 的粘度大于1 500 mPa • s(25 °C，Emila粘度 計(jì)）]和低粘度[2%水溶液的粘度小于200 mPa • s(25 °C，Emila粘度計(jì)）]兩類，分別適用于密度較 小的鉆井泥漿和密度較大的鉆井泥漿。對(duì)鉆井液 用C M C —般只要求所配制泥漿的流變性能和降 失水等應(yīng)用指標(biāo)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或客戶的要求， CMC的理化指標(biāo)只作為生產(chǎn)廠商的內(nèi)部控制使
用。
我國鉆井液用低粘度CMC標(biāo)準(zhǔn)[21 —般參照 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY 5093—92,國外則參考美國石油學(xué) 會(huì)制訂的API 13A標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，許多國外石油公 司也提出了比API 13A要求更高的標(biāo)準(zhǔn)，羧甲基纖維素鈉鉆井泥漿降濾失粘度,特別提 出了 CMC在海水泥漿中的濾失量指標(biāo)，見表1。
表1CMC鉆井泥漿性能指標(biāo)
參考標(biāo)準(zhǔn)添加量/性能指標(biāo)
(g • 350 mL"1)粘度* /粘度計(jì)讀數(shù) 濾失量/mL 塑性粘度PV屈服值YP
SY 5093 — 92<2.45(4%NaCl 溶液）<810
<3.50(飽和NaCl溶液）<1210
API 13 A1. 05(去離子水）<90<10
美國Cahex公司2.5(去離子水） 1.0(海水）<18
<24<8
*600 r/min n
1低粘度CMC的制備原理
CMC具有高分子結(jié)構(gòu)和纖維素醚的結(jié)構(gòu)，由 若干個(gè)結(jié)構(gòu)單元（葡萄糖基）組成，一般聚合度大 于600。制備的主要原料是精制棉纖維素）和 氯乙酸。反應(yīng)方程式如下：
纖維素和堿溶液的堿化反應(yīng)：
(C6H,„()5),,+ n NaOH —*(C6H9〇5Na)„ + n H,Q
堿纖維素和一氯乙酸鈉的醚化反應(yīng)：
<C6Hsl05Na)„+ n ClCH2COQNa —?
式中《為聚合度。
CMC的制備工藝分為水媒法和溶劑法。水 媒法以水為介質(zhì)，副反應(yīng)激烈，總醚化率僅為 45%?55%;同時(shí)，由于產(chǎn)物含有羥基乙酸鈉、乙 醇酸和更多的鹽類雜質(zhì)，因而純化困難。
溶劑法采用乙醇、異丙醇、丁醇等作反應(yīng)介 質(zhì)，反應(yīng)過程中的傳熱、傳質(zhì)運(yùn)動(dòng)迅速且均勻，醚 化率可達(dá)60 %?80 %。反應(yīng)穩(wěn)定性和均勻性的
(C6Hs()5CHzCOONa)„+ n NaCl
一氯乙酸鈉和堿溶液的副反應(yīng)：
ClCH2C(K)Na + NaOH —»CH2(OH)COONa + NaCl
提高使產(chǎn)物的取代度、取代均勻性和使用性能都 有很大提局。
在合成低粘度CMC時(shí)，為了有效使用氧化劑 并控制最終產(chǎn)物的粘度，一般對(duì)原料精制棉中的 «-纖維素含量和聚合度不作要求。但是低聚合度 精制棉中的纖維素的含量偏低，灰分類雜質(zhì)增 加，產(chǎn)物的取代度均勻度差，難以有優(yōu)良的降失水 性能。同時(shí)，不同工藝生產(chǎn)的一氯乙酸產(chǎn)物含量 有所不同，雜質(zhì)對(duì)最終CMC產(chǎn)物的性能也有很大 的影響。并且在制備過程中，要延長堿化和醚化 反應(yīng)時(shí)間，使堿化和醚化反應(yīng)充分，并極力抑制或 減少副反應(yīng).提高氯乙酸的利用率[3]。
低粘度、高取代度的CMC要求有非常高的一 氯乙酸取代度，并且取代均勻分布，這樣才能滿足 最終石油鉆井泥漿的性能要求。筆者從抑制副反 應(yīng)的角度出發(fā)，考察了精制棉的聚合度^、《-纖維 素含量和一氯乙酸純度對(duì)CMC性能的影響。
2實(shí)驗(yàn) 2.1原料
精制棉，w 纖維素）分別為97%、98%和 99%;—氯乙酸，羧甲基纖維素鈉鉆井泥漿降濾失粘度,w分別為97%、98%、99%;燒堿 48%,酒精 94. 5%、鹽酸 37%。
2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備和測試儀器
10 L小型捏合機(jī)、離心機(jī)、SF-300A高速粉碎 機(jī)、烘箱、Farm粘度計(jì)和濾失儀等。
2.3工藝流程
將500 g精制棉投人已加人酒精的10 L小型 捏合機(jī)中，加人燒堿，在20?40 °C堿化30?120 min。加人計(jì)量的一氯乙酸-酒精溶液（含氯乙酸 415 g) •攪拌10?30 mm，然后在50?85 °C醚化 60?150 mm。冷卻到室溫，反應(yīng)物料用乙酸或鹽 酸中和，并用氧化劑作降粘處理，再用酒精洗滌， 除去副產(chǎn)物?；厥瘴锪现械木凭稍?，粉碎，即 得 CMC。
2.4塑性粘度和屈服值的測定
在350 mL去離子水中加人2. 5 g上述CMC. 試樣，攪拌2〇111;11，25<€老化16 11。用？31111粘度 計(jì)測定600 r/mm時(shí)和300 r/min時(shí)的直接讀數(shù)。 按下式計(jì)算：
塑性粘度（PV) = 600 r/min時(shí)的直接讀數(shù)一 300 r/min時(shí)的直接讀數(shù) 屈服值（YP)=300 r/min時(shí)的直接讀數(shù)一PV
2.5濾失量的測定
海水基礎(chǔ)泥漿的配制：350 mL去離子水中加 人15. 75 g KCU10. 5 g海鹽和35 g API基漿.攪 拌5 min,在25 °C靜止老化16 h。
老化：259.5 g基礎(chǔ)海水中加人106 g預(yù)水化 硼潤土，攪拌5 min;再加人10. 5 g評(píng)價(jià)土（Rev Dust)和0. 75 mL 10%的NaOH溶液。在此泥漿 中加入1. 〇〇 g上述CMC試樣，溶液攪拌20 min， 在25 °C靜止老化16 h。
采用體積為300?400 mL,過濾面積為45 cm2帶有壓力源的濾失儀，壓力690 kPa，計(jì)時(shí)后 收集7. 5?30 min之間的濾液。濾失量=2 X (7. 5?30 min之間的濾液體積）。
3實(shí)驗(yàn)結(jié)果
所制備的低粘度CMC鉆井泥漿性能見表2。
表2制備的CMC鉆井泥漿性能
精制棉一氯乙酸 純度，％流變性能濾失量/ mL
w(a-纖維素），％聚合度PVYP
956009720.53. 5290
.061 3009719.04. 7270
97]9009719.54. 5258
982 0009719.04. 0250
992 2009717.84. 6230
992 3009816.84. 0215
972 3509918.53. 5205
992 4509915.55. 3195
992 2009917.02. 0200
982 3009917.23. 6225
982 4509816.94.8220
由表2可見，制備的CMC泥漿性能符合美國 Caltex公司提出的新指標(biāo)。
4結(jié)論
當(dāng)精制棉的聚合度>2 200、《-纖維素>98%, 一氯乙酸純度>97%時(shí)，羧甲基纖維素鈉鉆井泥漿降濾失粘度,可以制得塑性粘度PV< 18、屈服值YP<8并且濾失量<24 mL的鉆井液 用高性能CMC。
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