磺酸盐多元共聚物制备与降滤失特性试验研究
发布时间：2021-06-18 11:50
能源需求量日益增加,常规油气资源与干热岩等非常规能源的勘探开发进入新阶段。随着钻探环境日益复杂,钻探深度不断加深,保证高温高压环境下的安全高效钻进成为当前能源开发利用的技术难题。钻井液作为钻探工程的重要组成部分,高温高压环境对其提出了更高的要求。降滤失剂在维持井壁稳定和保证钻探工程顺利进行方面发挥着极其重要作用,当前降滤失剂普遍存在不耐高温缺点,抗高温降滤失剂成为当前钻井液研究的热点之一。磺酸盐多元共聚物具有较好高温稳定性,本文在理论分析基础上,设计制备了两种新型磺酸盐共聚物PADAD与Co-starch作为新型抗高温降滤失剂,并对两种磺酸盐多元共聚物进行了性能评价及机理分析。主要完成工作如下:（1）以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）为磺酸盐单体,加入丙烯酰胺（AM）、N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAM）以及阳离子单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）合成两性离子共聚物PADAD。将土豆淀粉引入共聚物降滤失剂的合成,在淀粉高分子结构中接枝AMPS与AM两种单体制备了降滤失剂Co-starch。两种新型共聚物降滤失剂合成均采用自由基聚合,以过硫酸钾作为引发剂。（2）对两种新型降...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
新型磺酸盐多元共聚物PADAD合成反应示意图
第二章两性离子共聚物合成及性能研究11图2.2两性离子共聚物PADAD红外光谱分析图2.3.2元素分析将制备好的磺酸盐共聚物PADAD研磨成粉过200目筛后进行元素分析，测试共聚物中C、H、N、S四种元素在共聚物中的质量占比。测试结果与理论计算PADAD中四种元素的理论占比进行对比，确认合成共聚物是否符合预期。测试结果如表2.3所示。根据合成单体的比例计算可知，合成的共聚物碳、氢、氮以及硫元素比值理论应为37.2：6.6：8：8.2，其中C：N的比值为4.6：1。将测得三次数据的平均数值与理论数值进行比较，碳元素测得数值为37.387%，氢元素，氮元素以及硫元素的质量比值为6.607%，8.07%和8.283%，测得碳氮元素质量之比为37.387：8.07，与计算得到的理论数值基本一致，根据元素分析结果可知聚合反应得到的降滤失剂PADAD符合预期。表2.3两性离子共聚物PADAD元素分析测试样品C(wt%)H(wt%)N(wt%)S(wt%)137.186.6078.088.006237.436.5958.088.323337.556.6208.058.521均值37.3876.6078.078.2832.3.3热重分析将制备得到的共聚物研磨成粉后过200目筛网进行热重分析测试，测试条件：氮气条件，温度25℃-700℃，加热速率为5℃/min。
第二章两性离子共聚物合成及性能研究12制备得到的PADAD热重分析数据曲线如图2.3所示，其中包括PADAD热重分析得到的TG曲线和DTG曲线。TG曲线分析可知两性离子共聚物PADAD热质量损失主要分为三个阶段。第一阶段为50-100℃温度区间内，共聚物存在少量质量损失，质量损失总量为4.51%。该阶段共聚物结构本身无变化，由于样品中吸附的少量水分在加热条件下损失而导致测得共聚物质量发生损失。第二阶段为共聚物于291℃开始发生质量损失，这一阶段质量损失总量为35.2%。由图中DTG变化曲线可知共聚物PADAD在这一阶段的质量损失速率在三阶段中最高，最高值可达3%/min，通过资料对比可知该部分的质量损失为共聚物PADAD中的季铵盐，酰胺基等官能团发生裂解而导致的质量损失。300℃到340℃之间，共聚物的热质量损失不明显，共聚物结构在该温度区间相对稳定。图2.3共聚物PADAD热重分析图磺酸盐共聚物PADAD质量损失第三阶段始于340℃，该阶段PADAD损失的质量占PADAD降滤失剂质量总量为20.8%。共聚物PADAD在该段质量损失主要原因为磺酸盐以及共聚物长链碳链的裂解。由图中热重曲线可知，共聚物在420℃之后质量趋于稳定，加热至700℃时共聚物质量残余为38.8%。通过氮气条件下的热重分析可知，合成的共聚物PADAD热稳定性能优良，能满足作为抗高温降滤失剂要求。
【参考文献】：
期刊论文
[1]环保型钻井液用抗温降滤失剂的制备与评价[J]. 刘洪国. 化学工程与装备. 2020(02)
[2]抗高温改性淀粉降滤失剂的制备与性能[J]. 张耀元,马双政,陈金定,兰文明,李华勇,王冠翔. 钻井液与完井液. 2019(06)
[3]钻井液的功能及其类型[J]. 杨智. 化工设计通讯. 2018(08)
[4]钻井液聚合物降滤失剂研究进展[J]. 佟乐,雒旭,杨双春. 应用化工. 2018(07)
[5]疏水缔合聚合物弱凝胶适用性评价及应用[J]. 张忠林,赵丽,曹宝格. 石油化工应用. 2018(01)
[6]弱凝胶钻井液成胶剂AM/AMPS/OA8的合成与表征[J]. 白小东,郑晓旭,王昊,张星元. 合成化学. 2017(11)
[7]高密度抗盐隔离液BH-HDS的研制与应用[J]. 齐奔,刘文明,付家文,林志辉,孙勤亮,王圣明,宗勇. 钻井液与完井液. 2017(05)
[8]疏水聚合物压裂液稠化剂PDAM-16的合成与评价[J]. 马喜平,杨立,张蒙,石伟. 化学研究与应用. 2017(09)
[9]钻井液技术的现状、挑战、需求与发展趋势[J]. 段广亮. 化学工程与装备. 2017(08)
[10]抗高温反相乳液增黏剂DVZ-1的研究与应用[J]. 张洋. 钻井液与完井液. 2017(04)
硕士论文
[1]抑制型抗高温降滤失剂的合成与性能研究[D]. 周慧鑫.西安石油大学 2017
[2]弱凝胶水基钻井液成胶剂AM/AMPS/OA8的制备与性能研究[D]. 郑晓旭.西南石油大学 2017
[3]无固相甲酸盐钻井液体系在龙深区块的研究与应用[D]. 张延鹤.东北石油大学 2017
本文编号：3236611
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
新型磺酸盐多元共聚物PADAD合成反应示意图
第二章两性离子共聚物合成及性能研究11图2.2两性离子共聚物PADAD红外光谱分析图2.3.2元素分析将制备好的磺酸盐共聚物PADAD研磨成粉过200目筛后进行元素分析，测试共聚物中C、H、N、S四种元素在共聚物中的质量占比。测试结果与理论计算PADAD中四种元素的理论占比进行对比，确认合成共聚物是否符合预期。测试结果如表2.3所示。根据合成单体的比例计算可知，合成的共聚物碳、氢、氮以及硫元素比值理论应为37.2：6.6：8：8.2，其中C：N的比值为4.6：1。将测得三次数据的平均数值与理论数值进行比较，碳元素测得数值为37.387%，氢元素，氮元素以及硫元素的质量比值为6.607%，8.07%和8.283%，测得碳氮元素质量之比为37.387：8.07，与计算得到的理论数值基本一致，根据元素分析结果可知聚合反应得到的降滤失剂PADAD符合预期。表2.3两性离子共聚物PADAD元素分析测试样品C(wt%)H(wt%)N(wt%)S(wt%)137.186.6078.088.006237.436.5958.088.323337.556.6208.058.521均值37.3876.6078.078.2832.3.3热重分析将制备得到的共聚物研磨成粉后过200目筛网进行热重分析测试，测试条件：氮气条件，温度25℃-700℃，加热速率为5℃/min。
第二章两性离子共聚物合成及性能研究12制备得到的PADAD热重分析数据曲线如图2.3所示，其中包括PADAD热重分析得到的TG曲线和DTG曲线。TG曲线分析可知两性离子共聚物PADAD热质量损失主要分为三个阶段。第一阶段为50-100℃温度区间内，共聚物存在少量质量损失，质量损失总量为4.51%。该阶段共聚物结构本身无变化，由于样品中吸附的少量水分在加热条件下损失而导致测得共聚物质量发生损失。第二阶段为共聚物于291℃开始发生质量损失，这一阶段质量损失总量为35.2%。由图中DTG变化曲线可知共聚物PADAD在这一阶段的质量损失速率在三阶段中最高，最高值可达3%/min，通过资料对比可知该部分的质量损失为共聚物PADAD中的季铵盐，酰胺基等官能团发生裂解而导致的质量损失。300℃到340℃之间，共聚物的热质量损失不明显，共聚物结构在该温度区间相对稳定。图2.3共聚物PADAD热重分析图磺酸盐共聚物PADAD质量损失第三阶段始于340℃，该阶段PADAD损失的质量占PADAD降滤失剂质量总量为20.8%。共聚物PADAD在该段质量损失主要原因为磺酸盐以及共聚物长链碳链的裂解。由图中热重曲线可知，共聚物在420℃之后质量趋于稳定，加热至700℃时共聚物质量残余为38.8%。通过氮气条件下的热重分析可知，合成的共聚物PADAD热稳定性能优良，能满足作为抗高温降滤失剂要求。
【参考文献】：
期刊论文
[1]环保型钻井液用抗温降滤失剂的制备与评价[J]. 刘洪国. 化学工程与装备. 2020(02)
[2]抗高温改性淀粉降滤失剂的制备与性能[J]. 张耀元,马双政,陈金定,兰文明,李华勇,王冠翔. 钻井液与完井液. 2019(06)
[3]钻井液的功能及其类型[J]. 杨智. 化工设计通讯. 2018(08)
[4]钻井液聚合物降滤失剂研究进展[J]. 佟乐,雒旭,杨双春. 应用化工. 2018(07)
[5]疏水缔合聚合物弱凝胶适用性评价及应用[J]. 张忠林,赵丽,曹宝格. 石油化工应用. 2018(01)
[6]弱凝胶钻井液成胶剂AM/AMPS/OA8的合成与表征[J]. 白小东,郑晓旭,王昊,张星元. 合成化学. 2017(11)
[7]高密度抗盐隔离液BH-HDS的研制与应用[J]. 齐奔,刘文明,付家文,林志辉,孙勤亮,王圣明,宗勇. 钻井液与完井液. 2017(05)
[8]疏水聚合物压裂液稠化剂PDAM-16的合成与评价[J]. 马喜平,杨立,张蒙,石伟. 化学研究与应用. 2017(09)
[9]钻井液技术的现状、挑战、需求与发展趋势[J]. 段广亮. 化学工程与装备. 2017(08)
[10]抗高温反相乳液增黏剂DVZ-1的研究与应用[J]. 张洋. 钻井液与完井液. 2017(04)
硕士论文
[1]抑制型抗高温降滤失剂的合成与性能研究[D]. 周慧鑫.西安石油大学 2017
[2]弱凝胶水基钻井液成胶剂AM/AMPS/OA8的制备与性能研究[D]. 郑晓旭.西南石油大学 2017
[3]无固相甲酸盐钻井液体系在龙深区块的研究与应用[D]. 张延鹤.东北石油大学 2017
本文编号：3236611
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