耐高溫聚合物鉆井液降濾失劑的合成及作用機(jī)理研究.pdf

1、為了提高目前油氣勘探開發(fā)中使用的深井水基鉆井液的耐高溫性能，解決水基鉆井液的高溫不穩(wěn)定難題，本文通過大量的文獻(xiàn)研究分析，選擇了通過提高水基鉆井液處理劑的耐溫耐鹽性能，從而提高水基鉆井液的高溫穩(wěn)定性的方法，采用分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論，通過對(duì)耐溫性單體的優(yōu)選，利用水溶液自由基共聚合方法，使用過硫酸鉀作為引發(fā)劑、乙二胺四乙酸二鈉鹽(EDTA)作為絡(luò)合劑，合成了2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉/N，N-二甲基丙烯酰胺/N-乙烯吡咯烷酮(AMPS/D

2、MAM/NVP)三元共聚物，作為高溫水基鉆井液降濾失劑，對(duì)高溫水基鉆井液具有很好的降濾失及高溫穩(wěn)定作用。 一、AMPS/DMAM/NVP三元共聚物的合成與表征 AMPS/DMAMINVP三元共聚物的水溶液自由基共聚合實(shí)驗(yàn)采用四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)方法，得到了最佳反應(yīng)條件：絡(luò)合劑EDTA用量0.1w.t.％(占總的單體質(zhì)量分?jǐn)?shù))、單體配比AMPS:DMAM:NVP=3:6:1(摩爾比)、引發(fā)劑KPS用量0.2w.t.％(占總

3、的單體質(zhì)量分?jǐn)?shù))、反應(yīng)溫度75℃。并對(duì)合成的三元共聚物進(jìn)行了分子結(jié)構(gòu)、分子量、熱穩(wěn)定性等方面的表征，紅外光譜表征證明了三元共聚物中各單體的存在以及各單體發(fā)生了共聚合反應(yīng)；元素分析結(jié)果表明AMPS、DMAM兩種單體反應(yīng)活性較大，在三元共聚物中所占百分比較大；根據(jù)特性粘度表征結(jié)果，得到了三元共聚物的相對(duì)分子量大約為77.14萬；TGA分析及特性粘度保留率表征方法表明三元共聚物具有較好的熱穩(wěn)定性能。 二、AMPS/DMAM/NVP三元

4、共聚物在粘土顆粒表面的吸附以及對(duì)粘土分散體系流變性的影響 為了解釋三元共聚物對(duì)水基鉆井液的高溫穩(wěn)定機(jī)理，研究了三元共聚物在粘土顆粒表面的吸附行為，并以流變實(shí)驗(yàn)方法研究了三元共聚物的吸附對(duì)粘土顆粒間相互作用的影響。結(jié)果表明，三元共聚物在粘土顆粒表面發(fā)生了吸附，且吸附量隨共聚物濃度的增加而增加，然后達(dá)到吸附平臺(tái)；電解質(zhì)的加入有利于吸附量的增加，并且雙價(jià)金屬離子的影響大于單價(jià)金屬離子；此外，溫度的升高不利于吸附的進(jìn)行，吸附量降低。流變

5、實(shí)驗(yàn)表明，共聚物水溶液流變曲線呈冪率流變模式，共聚物．粘土分散體系流變曲線呈Herschel-Bulkely流變模式，且共聚物對(duì)粘土分散體系具有很好的增粘作用；振蕩實(shí)驗(yàn)表明，共聚物的加入增加了體系的粘性模量，而對(duì)體系的彈性模量貢獻(xiàn)不大。電解質(zhì)對(duì)各種體系的彈性及粘性性質(zhì)均有明顯的影響，而且雙價(jià)金屬離子的影響大于單價(jià)金屬離子。 三、AMPS/DMAM/NVP三元共聚物對(duì)泥漿的高溫穩(wěn)定及降濾失作用及作用機(jī)理分析 為了考察三元共

6、聚物對(duì)泥漿的高溫降濾失及穩(wěn)定作用，200℃老化16h條件下，實(shí)驗(yàn)研究了三元共聚物對(duì)4w.t.％淡水泥漿、4w.t.％鹽水泥漿的高溫降濾失效果，并通過粒徑分布、zeta電勢(shì)等實(shí)驗(yàn)手段對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行了分析。對(duì)于4w.t.％淡水泥漿，共聚物具有很好的降濾失和高溫穩(wěn)定作用，共聚物通過在粘土顆粒表面的吸附以及共聚物本身的疏水作用，對(duì)粘土顆粒起到靜電和空間穩(wěn)定作用，使粘土顆粒保持較好的粒徑分布匹配，因此可以形成滲透率低的泥餅；再者，共聚物的增粘作

7、用、物理堵塞作用等，都有利于濾失量的降低。對(duì)于4w.t.％鹽水泥漿，共聚物濃度需要達(dá)到一定的濃度才能起到很好的降濾失效果，作用機(jī)理主要是：通過對(duì)粘土顆粒的空間和靜電穩(wěn)定作用使粘土顆粒保持較好的粒徑分布匹配，以及共聚物的物理堵塞作用等。而對(duì)于共聚物本身的耐溫耐鹽性能，文中從分子結(jié)構(gòu)的角度加以解釋。 四、AMPS/DMAM/NVP三元共聚物對(duì)泥漿的高溫降濾失性能對(duì)比評(píng)價(jià) 實(shí)驗(yàn)選取了進(jìn)口樣品Driscal D降濾失劑作為對(duì)比處

8、理劑，考察了200℃老化16h條件下AMPS/DMAM/NVP三元共聚物、Driscal D對(duì)各種類型泥漿的降濾失效果。結(jié)果表明三元共聚物對(duì)淡水泥漿、4w.t.％鹽水泥漿、復(fù)合鹽水泥漿及人工海水泥漿b的降濾失效果均優(yōu)于Driscal D，說明在該相同條件下，三元共聚物具有更好的耐溫、耐鹽、抗鈣鎂離子污染能力，而對(duì)人工海水a(chǎn)的降濾失效果略低于Driscal D，說明三元共聚物更適用于較低膨潤土含量的泥漿。此外，240℃老化16h條件下考察