羧甲基纤维素钠钻井泥浆降滤失粘度:
羧甲基纤维素钠钻井泥浆降滤失粘度,羧甲基纤维素钠（CMC)作为一种具有增稠、 悬浮、分散、降滤失等独特性能的流变助剂，广泛 用于石油钻井、建筑、涂料、食品、医药和日用化学 品等领域「1]。随着石油钻井领域的扩大和平均钻 井深度的增加，人们要求CMC具有更好的抗盐、 抗钙和抗温性能。
用于钻井液的CMC分为高粘度[2%水溶液 的粘度大于1 500 mPa • s(25 °C，Emila粘度 计）]和低粘度[2%水溶液的粘度小于200 mPa • s(25 °C，Emila粘度计）]两类，分别适用于密度较 小的钻井泥浆和密度较大的钻井泥浆。对钻井液 用C M C —般只要求所配制泥浆的流变性能和降 失水等应用指标符合行业标准或客户的要求， CMC的理化指标只作为生产厂商的内部控制使
用。
我国钻井液用低粘度CMC标准[21 —般参照 行业标准SY 5093—92,国外则参考美国石油学 会制订的API 13A标准，同时，许多国外石油公 司也提出了比API 13A要求更高的标准，羧甲基纤维素钠钻井泥浆降滤失粘度,特别提 出了 CMC在海水泥浆中的滤失量指标，见表1。
表1CMC钻井泥浆性能指标
参考标准添加量/性能指标
(g • 350 mL"1)粘度* /粘度计读数 滤失量/mL 塑性粘度PV屈服值YP
SY 5093 — 92<2.45(4%NaCl 溶液）<810
<3.50(饱和NaCl溶液）<1210
API 13 A1. 05(去离子水）<90<10
美国Cahex公司2.5(去离子水） 1.0(海水）<18
<24<8
*600 r/min n
1低粘度CMC的制备原理
CMC具有高分子结构和纤维素醚的结构，由 若干个结构单元（葡萄糖基）组成，一般聚合度大 于600。制备的主要原料是精制棉纤维素）和 氯乙酸。反应方程式如下：
纤维素和碱溶液的碱化反应：
(C6H,„()5),,+ n NaOH —*(C6H9〇5Na)„ + n H,Q
碱纤维素和一氯乙酸钠的醚化反应：
<C6Hsl05Na)„+ n ClCH2COQNa —►
式中《为聚合度。
CMC的制备工艺分为水媒法和溶剂法。水 媒法以水为介质，副反应激烈，总醚化率仅为 45%〜55%;同时，由于产物含有羟基乙酸钠、乙 醇酸和更多的盐类杂质，因而纯化困难。
溶剂法采用乙醇、异丙醇、丁醇等作反应介 质，反应过程中的传热、传质运动迅速且均匀，醚 化率可达60 %〜80 %。反应稳定性和均匀性的
(C6Hs()5CHzCOONa)„+ n NaCl
一氯乙酸钠和碱溶液的副反应：
ClCH2C(K)Na + NaOH —»CH2(OH)COONa + NaCl
提高使产物的取代度、取代均勻性和使用性能都 有很大提局。
在合成低粘度CMC时，为了有效使用氧化剂 并控制最终产物的粘度，一般对原料精制棉中的 «-纤维素含量和聚合度不作要求。但是低聚合度 精制棉中的纤维素的含量偏低，灰分类杂质增 加，产物的取代度均匀度差，难以有优良的降失水 性能。同时，不同工艺生产的一氯乙酸产物含量 有所不同，杂质对最终CMC产物的性能也有很大 的影响。并且在制备过程中，要延长碱化和醚化 反应时间，使碱化和醚化反应充分，并极力抑制或 减少副反应.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，这样才能满足 最终石油钻井泥浆的性能要求。笔者从抑制副反 应的角度出发，考察了精制棉的聚合度^、《-纤维 素含量和一氯乙酸纯度对CMC性能的影响。
2实验 2.1原料
精制棉，w 纤维素）分别为97%、98%和 99%;—氯乙酸，羧甲基纤维素钠钻井泥浆降滤失粘度,w分别为97%、98%、99%;烧碱 48%,酒精 94. 5%、盐酸 37%。
2.2实验设备和测试仪器
10 L小型捏合机、离心机、SF-300A高速粉碎 机、烘箱、Farm粘度计和滤失仪等。
2.3工艺流程
将500 g精制棉投人已加人酒精的10 L小型 捏合机中，加人烧碱，在20〜40 °C碱化30〜120 min。加人计量的一氯乙酸-酒精溶液（含氯乙酸 415 g) •搅拌10〜30 mm，然后在50〜85 °C醚化 60〜150 mm。冷却到室温，反应物料用乙酸或盐 酸中和，并用氧化剂作降粘处理，再用酒精洗涤， 除去副产物。回收物料中的酒精，干燥，粉碎，即 得 CMC。
2.4塑性粘度和屈服值的测定
在350 mL去离子水中加人2. 5 g上述CMC. 试样，搅拌2〇111;11，25<€老化16 11。用？31111粘度 计测定600 r/mm时和300 r/min时的直接读数。 按下式计算：
塑性粘度（PV) = 600 r/min时的直接读数一 300 r/min时的直接读数 屈服值（YP)=300 r/min时的直接读数一PV
2.5滤失量的测定
海水基础泥浆的配制：350 mL去离子水中加 人15. 75 g KCU10. 5 g海盐和35 g API基浆.搅 拌5 min,在25 °C静止老化16 h。
老化：259.5 g基础海水中加人106 g预水化 硼润土，搅拌5 min;再加人10. 5 g评价土（Rev Dust)和0. 75 mL 10%的NaOH溶液。在此泥浆 中加入1. 〇〇 g上述CMC试样，溶液搅拌20 min， 在25 °C静止老化16 h。
采用体积为300〜400 mL,过滤面积为45 cm2带有压力源的滤失仪，压力690 kPa，计时后 收集7. 5〜30 min之间的滤液。滤失量=2 X (7. 5〜30 min之间的滤液体积）。
3实验结果
所制备的低粘度CMC钻井泥浆性能见表2。
表2制备的CMC钻井泥浆性能
精制棉一氯乙酸 纯度，％流变性能滤失量/ mL
w(a-纤维素），％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可见，制备的CMC泥浆性能符合美国 Caltex公司提出的新指标。
4结论
当精制棉的聚合度>2 200、《-纤维素>98%, 一氯乙酸纯度>97%时，羧甲基纤维素钠钻井泥浆降滤失粘度,可以制得塑性粘度PV< 18、屈服值YP<8并且滤失量<24 mL的钻井液 用高性能CMC。
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