1、聚乙烯醇在油田领域的应用系别：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 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
2、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
3、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：白色到淡黄色颗粒或粉末。 2 比重：真比重 1.26-1.31,充填比重 0.5-0.7 3 折射率：1.52-1.5
4、5(无水状态) 4 比热：1.65-1.67J/g(0.4cal/g) 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 热安定性：加热到 100以上开始慢慢变色，加热到 150以上颜色逐渐变深，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，高级醇等具高度安定性，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：P
5、VA 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。 （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
6、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，其粘度较不安定。 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） 乳化安定性及对没剂的相溶性优异。 （3） 水溶液之粘度安定性良好。 （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
7、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。 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 是一种白色到微黄色颗粒（或粉状），安定，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
8、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
9、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
10、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 PVA 作为钻井泥
11、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 1100kta，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 8590。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 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
12、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。结束语经过多年的发展，我国聚乙烯醇
13、的生产基本上能够满足国内实际需求。 生产工艺技术正在向低碱醇解方向发展但是， 目前我国生产的聚乙烯醇品种仍然 比较单一大多数为普通粘度和醇解度的常规产品，主要用于建筑胶粘剂、低档 纺织浆料等领域，中、低聚合度和高聚合度的产品极少，低醇解度(小于 80(摩 尔比)及嵌段品种等高精细化和特种产品很少，主要依靠进口来解决。随着川维、皖维等厂正在进行或者计划进行新一轮的聚乙烯醇扩产工 程我国聚乙烯醇的生产能力将大大增加届时的生产能力将出现过剩各个企业 应在考虑提高聚乙烯醇产能力的同时重点考虑如何自身增加聚乙烯醇分流消化 能力在做大做强聚乙烯醇产业链上多下功夫 我国聚乙烯醇生产原料主要采用电石乙炔 虽然
14、具有许多优点 目前，合我国目前的资源利用情况，原油价格走高也是必然的趋势，电石乙炔路线在一 定时期内仍将保持一定的成本优势。但从长远、可持续发展的角度看，还是应该 在恰当的时机适当发展天然气乙炔路线和乙烯路线逐步实现多种生产工艺共存。目前，我国聚乙烯醇及其下游产品的出口已有进一步扩大的趋势在扩大 聚乙烯醇的生产规模和开发生产高精细化、 特种产品聚乙烯醇品种的项目势在必 行 建议产业界提前筹谋应对可能发生的产能过剩。除了积极开拓新的应用 领域外还应该充分利用我国聚乙烯醇产品价格相对比较便宜的优势，通过技术 进步，进一步提高产品质量，降低生产成本，积极扩大出口，以规避市场风险， 保证聚乙烯醇行业健康稳步发展。参考文献：1 聚乙烯醇的生产概况及应用.豆礼梅、 刘元虎精细化工原料及中间体 2009 年 第 9 期2 聚乙烯醇改性研究的概况. 刘锋 张康助 王晓洁.化学与黏合. 2006 年第 28 卷3 PVA 复合材料的研究进展. 张琳琳 2010 年 1 月
