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 的枯度大于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。對鉆井液 用CMC —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API13A要求更高的標(biāo)準(zhǔn)，特別提 出了 CMC在海水泥漿中的濾失量指標(biāo)，見表U表1 CMC鉆井泥漿性能指櫬參考標(biāo)準(zhǔn)添加董/性能指標(biāo)<g * 350 mL_i >粘度•/粘度計(jì)讀數(shù)濾失量/mL 塑性粘度PV屈服值YPSY 5093—92<2.45(4%NaCl 溶液)<810<?：。50(飽和NaCl溶液）<12mAPI 13A1.05(去離子水）<90^10美國Cahex公司2. 5(去離子水） 1.0C海水）^18<24<8*600 r/min。
1低粘度CMC的制備原理式中《為聚合度^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：纖維素和減溶液的堿化反應(yīng)：(CsHi()〇s)n十 n NaOH Hg〇sNa)^ + n Hz()
堿纖維素和一氣乙酸鈉的醚化反應(yīng)：(C6Hs05Na)„+ r,ClCHzCOONa 一?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(C6H9OsCH2COONa)„+ n NaCl一氯乙酸鈉和堿溶液的副反應(yīng)：ClCHsCOONa + NaOH —-CH2(〇H)COONa + NaCl提髙使產(chǎn)物的取代度、取代均勻性和使用性能都 有很大提高。
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，一般對原料精制棉中的 a-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)，提髙氯乙酸的利用率低粘度、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CMC性能的影響^2實(shí)驗(yàn) 2.1原料精制棉，wO纖維素）分別為97%、98%和 99%;—氯乙酸，a;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 min,然后在50?85 °C醚化 60?150 mitu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?，干燥，粉碎，即 得 CMC。
2.4塑性粘度和屈服值的測定在350 mL去離子水中加入2. 5 g上述CMC 試樣，攪拌20 min，25 °C老化16 h,用Fann粘度 計(jì)測定600 r/min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/m〖n時(shí)的直接讀數(shù)一PV2. S濾失量的測定海水基礎(chǔ)泥漿的配制：350 mL去離子水屮加 人15. 75 g KCU10. 5 g海鹽和35 g API基漿，攪 拌5 min,在25 t：靜止老化lfi hD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評價(jià)土（Rev Dust)和0, 75 mL 10%的NaOH溶液。在此泥漿 中加人1. 00 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69〇 kPaT計(jì)時(shí)后 收集7. 5?30 min之間的濾液^濾失量=2X (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纖維素），％聚合度PVYP956009720, 53. 529.0961 3009719, 04.727, 0971 9009719. 54.525.8982 0009719, 04.(325, 0992 2009717. 81623, 0992 3009816. 84.021. 5972 3509918. 53. 520. 5992 4509915, 55. 319. 5992 2009917-02. 020.0982 3009917. 23.622.5982 4509816. .94.822.0由表2可見，制備的CMC泥漿性能符合美國 Cahex公司提出的新指標(biāo)^4結(jié)論當(dāng)精制棉的聚合度>2 200、a-纖維素>98%, 一氯乙酸純度>97%時(shí)，nj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。