聚阴离子纤维素PAC在质量控制及在油田中的应用会议稿

Bayer
Bayer Bayer IMCO Michem Baroicl
Saper Lo DrispAe
DrisPAC Saper 10 DrisPAC Saper 10 DrisPAC Saper 10 HekcoPAC Regular Celbase Polymer LOW
特低聚阴离子纤维素
特低聚阴离子纤维素 特低聚阴离子纤维素 特低聚阴离子纤维素 聚阴离子纤维素
材料名称或说明 高分子聚阴离子纤维素聚合物
生产公司 Barium
BW Rheocell
BW RHOFLOW CelpolHy
高分子聚阴离子纤维素聚合物
高分子聚阴离子纤维素聚合物 长链聚阴离子纤维素聚合物
Bwmud
Bwmud NyMa
Celpolr
DriSPAC DriSPAC ReG
长链聚阴离子纤维素聚合物
阴离子聚合物纤维素 低粘度阴离子聚合物纤维素
EnKA EnKA
Anfisol FL30
Anfisol FL100 Anfisol FL30.00 DriSPAC DriSPAC DriSPAC
聚阴离子纤维素(极低粘度)
聚阴离子纤维素（低粘度） 聚阴离子纤维素（极高粘度） 聚阴离子纤维素聚合物 聚阴离子纤维素聚合物 聚阴离子纤维素聚合物
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（CMC），聚阴离子 纤维素（PAC）具有以下优良的特性。

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聚阴离子纤维素 聚阴离子纤维素
NyMa
Drillspec Drillspec
Hicell
Hicellos MagcopolyPAC MoNPAC TraLo MoNPAC NOVADril 30 NOVAORil 40 Tel-Polymer L Tel-Polymer H
聚阴离子纤维素
聚阴离子纤维素 聚阴离子纤维素 聚阴离子纤维素（超低粘） 高分子聚阴离子纤维素聚合物 聚阴离子纤维素聚合物 聚阴离子纤维素聚合物 阴离子聚合物纤维素
2、 聚阴离子纤维素测试的主要应用技术指标
粘度 取代度 酸粘比、高温度酸黏比 耐盐性，盐黏比
O
Na H R
. O
O .
Na H R
O O O Na H
R
OCH2COONa H3C O HO O H OH
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2.1 工业PAC生产的反应原理
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
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
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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 溶于水形成粘性溶液，主要用作陆地和海洋石油钻井
IMCO
Baroid MiCHem Magcobar HercuLes DAICel
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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。
PAC 工艺控制合理，分子间、分子内氢键可得到有 效削弱，分子链扩张好，产品的-CH2COO-基团分布 均匀，各-CH2COO-基团都能与水分子接触而水化， 从而表现出优异的使用性能。
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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。
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原料来源于棉纤维素，形态示意图
2015/12/12
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山东光大科技PAC生产工艺示意图
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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。
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产品商品名称 Basco CelloPAC
第二部分 PAC的生产原理
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

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2.2 PAC生产工艺
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)
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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 、
CH3 NH
O NHC O( CH2CH2 O ) n R`
.
H
,
.
NO2
R R HO R R R O O R O O R
R O R O R OH R H R O
(n-2)/2
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 ONO2 COONa . N3） , . -OCH , （R=-OH 2
醚工业化生产中许多复杂性。
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1、聚阴离子纤维素生成过程
OH OH HO O HO OH OH O O HO O O HO OH O HO O OH O OH OH O CH3
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国内其他厂家PAC生产工艺示意图
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Fra Baidu bibliotek
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捏合机碱化设备结构示意图
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另外，PAC在日用化工、纺织、建筑、食品等行业也显
现出优良的使用性能。
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纤维素微观与宏观结构示意图
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O R = . C
R HO O R R 山东光大科技发展有限公司 O O R Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd R R O
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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、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。
PAC与CMC的取代基分布测试结果：
样品 PAC-1 CMC-1 PAC-2 CMC-2 PAC-3 CMC-3 DS 0.87 0.88 0.97 0.95 1.18 1.15 34.7 33.0 34.0 33.5 31.8 32.0 取代基含量/% 30.4 25.4 28.7 26.9 30.2 28.4 34.9 41.6 37.3 39.6 38.0 39.6 C(2):C(3):C(6) 1.14:1:1.15 1.3:1:1.64 1.18:1:1.30 1.25:1:1.47 1.05:1:1.26 1.13:1:1.39
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。
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第三部分 聚阴离子纤维素的应用
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。
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山东光大科技发展有限公司
CDA HMC
CDA HMC Magcober Montcllo Montcllo Hcercwles Hcercwles Telnite
阴离子聚合物纤维素 Shandong Guangda Technological Development CO.,Ltd Telnite
SfafLo SfafLo-EXLo
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普通工艺（左）和山东光大科技发展有限公司（右） 反应工艺对比
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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，