聚丙烯酰胺介绍及在泥浆材料中的作用

卢运才

[摘要]聚丙烯酰胺简称PAM，是现代水溶性合成高分子聚合物的重要产品之一，具有优异的水溶性、增粘性、流变性、分散性、悬浮性和絮凝作用、减阻作用等。其用途十分广泛，已经广泛地应用在保持油田稳产技术领域，其功效没有其他物质可以替代。本文简单介绍了聚丙烯酰胺的特性，聚丙烯酰胺在泥浆材料中的作用以及聚丙烯酰胺在泥浆材料中的用法。

[关键词]聚丙烯酰胺；特性；作用 文章编号：2095-4085（2018）06-0004-02

聚丙烯酞胺简称PAM，其单体是AM，通过化学均聚反应获得的一种水溶性高分子化合物，是现代水溶性合成高分子聚合物的重要产品之一，目前，世界上存在4种类似的高分子化合物，一是HPAM，二是CPAM，三是NPAM，四是两性聚丙烯酞胺四大类。上述4种物质分子的特点是以线型结构为标志的水溶性高分子，其优良的品质体现在以下几个方面：1.水溶性，2.增粘性，3.流变性，4.分散性，5.悬浮性，6.絮凝作用，7.减阻作用等，其用途十分广泛，主要在化工、冶金、石油等多个工业领域。特别是其特有的驱油技术，已经广泛地应用在保持油田稳产技术领域，其功效没有其他物质可以替代。

1 聚丙烯酞胺的性质

1.1 物理性质

聚丙烯酞胺（PAM）属于线型高分子聚合物，易溶于水，但是几乎不溶于苯和乙苯等普通有机溶剂之中，溶于水后，得到基本透明的粘稠液体，该液体无毒，无害，也无腐蚀性。PAM固体形态具有吸湿性功能，PAM对热不敏感；居于150℃以下相对稳定，超过150℃时则会发生分解反应，有氮气析出。超过150℃时受该范围温度影响，分子间有可能发生亚胺化反应，生成物不溶于水，密度（克）毫升23℃ 1.302。玻璃化温度153℃，PAM表现出非牛顿流动性。

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项功能。

1.絮凝性：PAM具有电中和性、架桥吸附作用和起絮凝作用从而有效地固定悬浮物质。

2.粘合性：PAM受机械、物理和化学的影响，展示出粘合功能。

3.降阻性：PAM具有在水溶液中降低流体摩擦阻力的功能，实际的降阻率会达到50%～80%。

4.增稠性：PAM受中性或酸性环境影响，能使该液体粘稠度增强，由于PAM在pH值在10℃以上比较容易发生水解，水解结果呈半网状结构，粘稠度更强。

1.3 作用机理

絮凝作用机理：PAM发生絮凝，常常受到絮凝物品种的表面不同数值相关，其中的涉及到动电位，粘度，浊度等内容。如表面的颗粒产生的动电位，产生的阻聚原因则是PAM的电荷影响的结果，速动电位降低造成凝聚发生。

吸附架桥机理：PAM分子链的作用在各种颗粒表面上并保持相对固定，就可以看到各颗粒之间有聚合物连成桥，将各种颗粒集合成聚集体产生沉降现象。

表面吸附机理：PAM分子颗粒存在的多种极性基团所发生吸附作用。

增强作用机理：PAM分子链及存在分散相之间，可发生物理的、化学的和机械的作用，从而有机地牵连起来构建网状结构，而发生的增强效果。

1.4 用途范围

PAM高分子物质的分子量大，但是，其有良好的水溶性，通过调节其分子量，促使引的离子基团赋与特定性能。分子量小的增调的功能，而分子量大的则具备絮凝功能。在工业上以此为基础生产出亲水但不溶于水的凝胶，利用上述功能，将固体表面，及相关溶解物产生强有力的粘附力。基于上述功能，可见PAM最有效的功能就是絮凝、增稠和阻垢等等非常广泛的领域。

2 聚丙烯酞胺會影响泥浆材料性质

聚丙烯酞胺经常当作聚合物不能分散的低固相水基钻井液絮凝剂，主要利用其具有抑制泥页岩水化膨胀功能，而还能有效地避免钻头磨损，也具有有效地削弱钻具和泥饼之间摩擦力功能，同时还具备交联堵漏、剪切和稀释的功能。具体表现为以下作用。

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现，在水分子和聚丙烯酰胺的极性侧基之间形成氢键，能以各种百分比溶于水。

2.2 流变性强

聚丙烯酞胺受物体外力作用，发生流动变形的现象称流变性。另外从表观粘度和剪切力来看，聚丙烯酞胺在剪切力增强时表观粘度发生下降趋势，只有剪切力消退时，由着时间移动，表观粘度会恢复常态。

2.3 增粘性变化

聚丙烯酞胺能有效地影响水溶液中的分散体表观粘度发生相应变化，A受自身粘度的变化来影响水相的粘度的变化，B聚丙烯酞胺影响水中分散相或影响化合物之间相互作用，较大地影响聚合物自身粘度变化。

2.4 分散性

聚丙烯酞胺分子结构里含有亲水基团和骨架，表面存在活性，能降低水表面的张力，有助于水对固体的湿润，帮助水胶体吸附在胶体颗粒覆盖成外壳状态，消除因电解质发生絮凝，保证分散体系稳定。

2.5 絮凝性

聚丙烯酞胺中的极性基团可以吸附水中的悬浮物，使离子间形成架桥，形成较大的集聚物。

3 聚丙烯酞胺在泥浆材料中应用

钻孔护壁泥浆，通常会采用膨润土造浆，基于施钻地层情况进行钻孔施工，由流砂及软流塑地层可能会发生扩孔、塌孔和缩颈，孔壁稳定非常重要，采用PHP和Cma外加剂造浆就是最佳选择。

聚丙烯酞胺是分子聚合物，分子量1000万，既可单独拌制泥浆，又可作为膨润土泥浆中的掺加剂，提高泥浆的粘度，降低含砂率。先将其加入少量水湿润后形成胶冻状，再加入水中搅拌溶解即可，加量0.5%～1%。

水解聚丙烯酞胺（PHP）为非水溶型，使用前首先水解，现场水解PHP常温法，提前时间水解。水解PHP按H2O：PHP=1000：15比例。首先在现场放置3个汽油桶（无盖），按比例配置水解PHP溶液，假如钻机钻井速度为4m/h，则需补浆20m3，每个需水解溶液3kg，每小时需60kg，水解溶液180需3h，3个汽油桶水解PHP可满足造浆要求。纤维素也须提前水溶按100：15比例溶解，再按配合加入。