聚丙烯酰胺介紹及在泥漿材料中的作用

盧運才

[摘要]聚丙烯酰胺簡稱PAM，是現(xiàn)代水溶性合成高分子聚合物的重要產(chǎn)品之一，具有優(yōu)異的水溶性、增粘性、流變性、分散性、懸浮性和絮凝作用、減阻作用等。其用途十分廣泛，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在保持油田穩(wěn)產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，其功效沒有其他物質(zhì)可以替代。本文簡單介紹了聚丙烯酰胺的特性，聚丙烯酰胺在泥漿材料中的作用以及聚丙烯酰胺在泥漿材料中的用法。

[關(guān)鍵詞]聚丙烯酰胺；特性；作用 文章編號：2095-4085（2018）06-0004-02

聚丙烯酞胺簡稱PAM，其單體是AM，通過化學(xué)均聚反應(yīng)獲得的一種水溶性高分子化合物，是現(xiàn)代水溶性合成高分子聚合物的重要產(chǎn)品之一，目前，世界上存在4種類似的高分子化合物，一是HPAM，二是CPAM，三是NPAM，四是兩性聚丙烯酞胺四大類。上述4種物質(zhì)分子的特點是以線型結(jié)構(gòu)為標(biāo)志的水溶性高分子，其優(yōu)良的品質(zhì)體現(xiàn)在以下幾個方面：1.水溶性，2.增粘性，3.流變性，4.分散性，5.懸浮性，6.絮凝作用，7.減阻作用等，其用途十分廣泛，主要在化工、冶金、石油等多個工業(yè)領(lǐng)域。特別是其特有的驅(qū)油技術(shù)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在保持油田穩(wěn)產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，其功效沒有其他物質(zhì)可以替代。

1 聚丙烯酞胺的性質(zhì)

1.1 物理性質(zhì)

聚丙烯酞胺（PAM）屬于線型高分子聚合物，易溶于水，但是幾乎不溶于苯和乙苯等普通有機溶劑之中，溶于水后，得到基本透明的粘稠液體，該液體無毒，無害，也無腐蝕性。PAM固體形態(tài)具有吸濕性功能，PAM對熱不敏感；居于150℃以下相對穩(wěn)定，超過150℃時則會發(fā)生分解反應(yīng)，有氮氣析出。超過150℃時受該范圍溫度影響，分子間有可能發(fā)生亞胺化反應(yīng)，生成物不溶于水，密度（克）毫升23℃ 1.302。玻璃化溫度153℃，PAM表現(xiàn)出非牛頓流動性。

1.2 聚丙烯酞胺的特性

聚丙烯酰胺具有絮凝性、粘合性、降阻性和增稠性等4項功能。

1.絮凝性：PAM具有電中和性、架橋吸附作用和起絮凝作用從而有效地固定懸浮物質(zhì)。

2.粘合性：PAM受機械、物理和化學(xué)的影響，展示出粘合功能。

3.降阻性：PAM具有在水溶液中降低流體摩擦阻力的功能，實際的降阻率會達到50%～80%。

4.增稠性：PAM受中性或酸性環(huán)境影響，能使該液體粘稠度增強，由于PAM在pH值在10℃以上比較容易發(fā)生水解，水解結(jié)果呈半網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，粘稠度更強。

1.3 作用機理

絮凝作用機理：PAM發(fā)生絮凝，常常受到絮凝物品種的表面不同數(shù)值相關(guān)，其中的涉及到動電位，粘度，濁度等內(nèi)容。如表面的顆粒產(chǎn)生的動電位，產(chǎn)生的阻聚原因則是PAM的電荷影響的結(jié)果，速動電位降低造成凝聚發(fā)生。

吸附架橋機理：PAM分子鏈的作用在各種顆粒表面上并保持相對固定，就可以看到各顆粒之間有聚合物連成橋，將各種顆粒集合成聚集體產(chǎn)生沉降現(xiàn)象。

表面吸附機理：PAM分子顆粒存在的多種極性基團所發(fā)生吸附作用。

增強作用機理：PAM分子鏈及存在分散相之間，可發(fā)生物理的、化學(xué)的和機械的作用，從而有機地牽連起來構(gòu)建網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而發(fā)生的增強效果。

1.4 用途范圍

PAM高分子物質(zhì)的分子量大，但是，其有良好的水溶性，通過調(diào)節(jié)其分子量，促使引的離子基團賦與特定性能。分子量小的增調(diào)的功能，而分子量大的則具備絮凝功能。在工業(yè)上以此為基礎(chǔ)生產(chǎn)出親水但不溶于水的凝膠，利用上述功能，將固體表面，及相關(guān)溶解物產(chǎn)生強有力的粘附力。基于上述功能，可見PAM最有效的功能就是絮凝、增稠和阻垢等等非常廣泛的領(lǐng)域。

2 聚丙烯酞胺會影響泥漿材料性質(zhì)

聚丙烯酞胺經(jīng)常當(dāng)作聚合物不能分散的低固相水基鉆井液絮凝劑，主要利用其具有抑制泥頁巖水化膨脹功能，而還能有效地避免鉆頭磨損，也具有有效地削弱鉆具和泥餅之間摩擦力功能，同時還具備交聯(lián)堵漏、剪切和稀釋的功能。具體表現(xiàn)為以下作用。

2.1 水溶性好

聚丙烯酞胺易溶于水，大部分以水溶液的形式出現(xiàn)，在水分子和聚丙烯酰胺的極性側(cè)基之間形成氫鍵，能以各種百分比溶于水。

2.2 流變性強

聚丙烯酞胺受物體外力作用，發(fā)生流動變形的現(xiàn)象稱流變性。另外從表觀粘度和剪切力來看，聚丙烯酞胺在剪切力增強時表觀粘度發(fā)生下降趨勢，只有剪切力消退時，由著時間移動，表觀粘度會恢復(fù)常態(tài)。

2.3 增粘性變化

聚丙烯酞胺能有效地影響水溶液中的分散體表觀粘度發(fā)生相應(yīng)變化，A受自身粘度的變化來影響水相的粘度的變化，B聚丙烯酞胺影響水中分散相或影響化合物之間相互作用，較大地影響聚合物自身粘度變化。

2.4 分散性

聚丙烯酞胺分子結(jié)構(gòu)里含有親水基團和骨架，表面存在活性，能降低水表面的張力，有助于水對固體的濕潤，幫助水膠體吸附在膠體顆粒覆蓋成外殼狀態(tài)，消除因電解質(zhì)發(fā)生絮凝，保證分散體系穩(wěn)定。

2.5 絮凝性

聚丙烯酞胺中的極性基團可以吸附水中的懸浮物，使離子間形成架橋，形成較大的集聚物。

3 聚丙烯酞胺在泥漿材料中應(yīng)用

鉆孔護壁泥漿，通常會采用膨潤土造漿，基于施鉆地層情況進行鉆孔施工，由流砂及軟流塑地層可能會發(fā)生擴孔、塌孔和縮頸，孔壁穩(wěn)定非常重要，采用PHP和Cma外加劑造漿就是最佳選擇。

聚丙烯酞胺是分子聚合物，分子量1000萬，既可單獨拌制泥漿，又可作為膨潤土泥漿中的摻加劑，提高泥漿的粘度，降低含砂率。先將其加入少量水濕潤后形成膠凍狀，再加入水中攪拌溶解即可，加量0.5%～1%。

水解聚丙烯酞胺（PHP）為非水溶型，使用前首先水解，現(xiàn)場水解PHP常溫法，提前時間水解。水解PHP按H2O：PHP=1000：15比例。首先在現(xiàn)場放置3個汽油桶（無蓋），按比例配置水解PHP溶液，假如鉆機鉆井速度為4m/h，則需補漿20m3，每個需水解溶液3kg，每小時需60kg，水解溶液180需3h，3個汽油桶水解PHP可滿足造漿要求。纖維素也須提前水溶按100：15比例溶解，再按配合加入。