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乙
烯
醇
在
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田
领
域
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应
用
系别：石油工程系
班级：10级油田化学二班
姓名：张博
日期：2012年5月13日
聚乙烯醇（PVA）在油田领域的应用
【摘要】聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol,简称P.V.A）首先是在1924年，由德国的科学家加固显示器Dr.Hermann与Dr.Haenel共同合成得到此一崭新的水溶性高分子化合物，PVA历经无数科学家、工程师、制造者与使用者共同持续的努力开发新制程，探讨新用途，使PVA的需求量逐年上升（1995年全球产量达600，000公吨），各种新的用途也不断的扩大中。
关键词：聚乙烯醇、PVA、降滤失、滤失量
石油作为当前主要的战略能源，在各国经济军事领域占有举足轻重的地位。因而，各国在原油的开采方面投入了大量的资金和人员进行研究和创新。目前，国内外在钻井及采油方面积极研制和开发各类新型、高效、无毒和多功能的化学处理剂，其产品的效能、质量、技术水平实际上代表了钻井工艺水平的发展方向。随着科技的进步，所用的处理剂由过去单一的无机物发展到现在多功能高分子有机物。其中有机物主要包括水溶性聚合物。水溶性聚合物在石油和天然气开采工业中，有广泛的用途，从七十年代到目前使用量几乎以每十年翻一番的速度增加。现在，全世界用于油、气田的水溶性聚合物总量超过15万吨。它们主要将降失水剂、增稠剂、絮凝剂、分散剂、淌度控制剂、减阻剂等助剂用于固井、完井、酸化、压裂、三次采油等过程。常用的水溶性聚合物有聚酰亚胺、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、纤维素、黄原胶等。但对聚乙烯醇（PVA）在油田中的应用研究和报道较少，限制了聚乙烯醇在这一领域的应用。聚乙烯醇具有优异的稳定性、交联性能、增稠性能及可降解性等，可以广泛的应用于油田领域，比如，可以在注水中作为增稠剂，可以作为稠化酸的添加剂使工作液延缓与岩石作用并降低酸的损失；与交联剂配合使用再与水泥混合用于压裂液作用于固井、封井。 一、PVA的特性
（一） PVA之一般特性：
1． 外观：白到淡黄颗粒或粉末。
2． 比重：真比重1.26-1.31,充填比重0.5-0.7
半导体激光器结构 3． 折射率：1.52-1.55(无水状态)
4． 比热：1.65-1.67J/g℃(0.4cal/g消防管道防冻℃)
5． 热膨胀系数：7-10*10-5/℃（@0-45℃）
6． 玻璃转移温度：60℃（部份碱化型）-85℃（完全碱化型）
7． 熔点：180-190℃（部份碱化型），230℃（完全碱化型）
8． 热性：加热到100℃以上开始慢慢变，加热到150℃以上颜逐渐变深，超过200℃以上左右开始分解，至300℃以上则完全分解。
9． 耐药品性，耐溶剂性：耐弱酸，弱碱，但不耐强酸或强碱，对动植物性油脂，石油系碳氧化合物，酯，酮，高级醇等具高度性，系最佳的抗溶剂材料之一。
10． 吸湿性：比其他水溶性高分子吸湿性低，受湿度影响较小。
11． 透气性：PVA薄膜除H2O以外，H2，N2， O2等气体均具阴绝性。
12． 耐光性：品质不受H光照射而受影响。
13． 造膜性：PVA造膜性优，其抗张强度，耐磨强度等物理性质，均较其他水溶性树脂好。
14． 无毒性：纯粹的PVA对人体无害。
（二） 碱化度对PVA特性之影响：
1． 溶解性：
（1） 完全碱化型PVA（BF型或AW型）于常温下在水中只吸收膨润而不溶解，于高温中（80℃以上）迅速溶解。
（发光棒2） 部份碱化型PVA（BP型）可于常温下缓性溶解，正常使用为缩短溶解时间，仍需加热溶解。
（3） 超低部份碱化型PVA（BC型），溶于冷水中，加温反而不利于溶解。
2． 完全碱化型PVA有很强的分子间氢键，其影响PVA的特性如下：
（1） 对亲水性天然纤维之亲合性较大（例如棉、麻等）
（2） 形成之PVA皮膜较具而水性。
（3） 溶液于高浓度，低温条件下，其粘度较不。
3.部份碱化型PVA，分子内有11-14%之残存醋酸基，醋酸基系疏水官能基，其影响的特性如下：
（1） 对疏水性材料之亲合性和接着性良好。
（2） 乳化性及对没剂的相溶性优异。
（3） 水溶液之粘度性良好。
（三） 聚合度对PVA特性之影响
1． 聚合度增加，分子量增加，粘度则增高，接着力上升。
2． 溶解性随聚合度之增加而下降。
3． 皮膜物理强度（包括抗张力，撕裂强度及断裂时之伸长率）随聚合度之增加而增加，密着性和柔软性下降。
4． 渗透性随聚合度之增加而减少。可降解塑料检测
5． 保护胶体特性随聚合度之增加而增加。
二、 PVA特性与应用简介
PVA是一种白到微黄颗粒（或粉状），，无毒的水溶性高分子，水是PVA的良好的溶济，在实用的观点来看，水也是唯一有效的溶剂。PVA具有良好的造膜性，这形成
的膜具有优异的接着力，耐溶剂性，耐摩擦性，伸张强度与氧气阴绝性，因为PVA同时拥有亲水基及疏水基两种官能基，因此PVA具有界面活性的性质，所以PVA可以做为高分子乳化，悬浮聚合反应时的保护胶体，以上这些特有的性质使PVA广泛的应用在各行各业。
PVA的性质决定于两个因素：聚合度与碱化度。聚合度表示分子量的大小，聚合度高则分子量高，表现出来的性质有：溶液的黏度高，皮膜的物理强度（如耐撕裂强度，断裂时的伸长率与搞张力）随分子量增加而增加，保护胶体的能力也随分子量增加面增加，但其渗透力与表面张力降低的界面活性性质随分子量增加而降低，碱化度是表示疏水的醋酸基被亲水基取代的程度，碱化度愈高（如完全碱化品BF类PVA）对亲水性物质如天然纤维（棉，麻，纸张）的亲合力愈高，接着力也愈好，部分碱化BP类PVA因为有保留部份的疏水基，所以对疏水性物质如聚酯纤维具有优异的接着力。现主要就PVA作为水泥浆降失水剂与作为钻井泥浆防塌剂的机理与作用简介如下：
PVA作为水泥浆降失水剂：
PVA可用于制作油井水泥浆降失水剂，和其他油井水泥外加剂一起加入水泥，构成胶乳水泥体系。胶乳类水泥外加剂体系是实现优良水泥浆性能、保证固井质量、保护油气井产能
的有效手段之一。PVA胶乳的一般配制方法：常用硼酸、钛酸、铬酸或相应的无机盐与PVA混合而进行交联改性，也可以使用能与PVA形成共价键的其他交联剂进行反应来达到改性目的。在胶乳聚合物与水泥混合过程中，水泥水化产物和胶乳聚合物通过胶乳颗粒相互结合，在已水化的水泥相与未水化的水泥间形成网状结构，这种结构既分散了水泥浆的应力集中，又增加了变形性，从而提高了聚合物胶乳水泥石的抗裂、抗渗、耐酸碱及耐腐蚀等性能。
PVA作为钻井泥浆防塌剂：
处于地层深处的泥页岩，受到上覆地层压力、水平方向应力及地层孔隙压力的作用，当井眼钻开后，破坏了地层原有的应力平衡，引起井眼周围应力的重新分布。若井壁周围岩石所受应力超过泥页岩本身的强度就会产生剪切破坏，造成井壁失稳（井塌）。PVA在粘土表面既可以产成分子间力，也可以通过氢键形成物理吸附，同时PVA是一种表面活性剂，分子结构具有两亲性，其亲水端与粘土矿物形成物理吸附后，憎水端则朝向钻井液，这样就能阻止钻井液滤液继续侵入泥页岩，从而达到防止井壁失稳的作用。
PVA作为钻井泥浆防塌剂的应用至今未见报道，但根据科研和应用实践，已有生产厂家将P
VA作为钻井泥浆防塌剂进行了应用，且效果非常显著。
三、聚乙烯醇市场前景
目前，全球共有 20 多个国家和地区生产聚乙烯醇，装置的总生产能力 已达 1100kt／a，93 万吨／年约为 93 万吨／年。世界上聚乙烯醇生产能力 和产量最大的国家依次是中国、日本、美国和朝鲜，其生产能力占世界聚 乙烯醇总生产能力的 85％～90％。在消费结构上，各国的重点有所不同， 20 世纪 90 年代以前，美国纺织浆料、粘合剂方面消耗的聚乙烯醇约占总消水溶性酚醛树脂 费量的 50％，用于聚合助剂、纸加工和涂料的聚乙烯醇约占 22％，其他领 域约占 28％，但是从 90 年代中期开始，用于聚合助剂、纸加工和涂料方面 的消耗比例有所上升；西欧的聚乙烯醇则主要用于造纸和聚合助剂，其消 费量约占聚乙烯醇总消费量的 65％，用于纺织浆料和粘合剂方面的消耗比 例约占 27％，其他领域约占 8％；日本重点是维尼纶和粘合剂，消费量约 占聚乙烯醇总消费量的 50％，用于纸加工、薄膜和纺织浆料方面的消耗量 约占总消费量的 34％，其它领域约占 16％，其中纺织浆料方面的消耗量正 在逐年下降。目前日本的聚乙烯醇出口量最大，北美和西欧则是最大的进 口地区。目前世界涂料和粘合剂消耗聚乙烯醇的量占聚乙烯醇总消费量的60％一 70％，是世界聚乙烯醇
最主要的消费市场。根据预测，今后几年世界涂料市场的规模将逐年增长，由此可见，世界聚乙烯醇的消费形势仍十分乐观。
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