聚氧乙烯醚梳型聚合物的合成及其对蒙脱土分散体系稳定性的影响

发布时间：2019-04-26 09:13

【摘要】：钻井液作为钻井的“血液”,它的稳定性和降滤失性能是高温高盐条件下向深层地层开采石油和天然气资源的关键难题,为了避免钻井时井壁不稳定,最先开发的是各种非水基钻井液,但是这类钻井液存在成本高及对环境污染大等缺点。随着人们环境保护意识的增强及相关法律法规的健全,研究工作者开始将注意力转向了水基钻井液。传统上,能够耐温抗盐的水基钻井液主要是通过自由基聚合反应所得到的线性聚合物,但是聚合物的结构对降滤失的影响却一直被忽略。梳型聚合物的支链具有体积和电性排斥特性,所以梳型聚合物不易卷缩和缠绕在一起,当聚合物大分子溶解在水溶液中,可以形成极为规整的结构,水力学半径较大,在水溶液中排列成梳型构型,这种梳型结构使得梳型聚合物有极好的耐温抗盐特性,同时具有抗剪切和良好的分散特性,本论文成功合成了一种新型结构的梳型聚合物,研究了梳型聚合物在高温高盐下的降滤失效果及其与粘土之间的相互作用。本论文的主要研究内容如下：1.聚氧乙烯醚梳型聚合物的合成与性质表征选用烯丙基聚氧乙烯醚(APEG)作为合成的大单体,再配以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)两种单体,通过自由基水溶液聚合法合成聚氧乙烯醚型梳型聚合物。表征手段如下：(1)通过红外光谱分析(FT-IR)及核磁谱图(1HNMR),表征梳型聚合物结构中存在的各单体官能团,证实了梳型结构的存在；(2)采用热重-差示扫描量热技术(TG-DSC),表征梳型聚合物的热稳定性,实验表明,聚合物热分解温度为320℃,所合成的梳型聚合物具有良好的耐温性；(3)利用凝胶色谱分析手段(GPC)测定了梳型聚合物的分子量并探究了链转移剂对分子量的调控作用,测试结果表明；链转移剂加量不同,可以有效的调控所合成的梳形聚合物的分子量,所合成的梳型聚合物分子量在4-12万左右。2.聚氧乙烯醚梳型聚合物降滤失效果的评价实验结果表明,高温老化后,本实验所合成的梳型聚合物降滤失剂对淡水基浆、盐水基浆、饱和盐水基浆及钙盐基浆的粘度及切力的影响均较小,具有较好的控制流变性的能力。梳型聚合物由于其分子构型的特殊性,能够使钻井液体系维持在一定的粘度范围内,使其具有良好的流变性能,因此梳型聚合物具有很好的应用前景。3.聚氧乙烯醚型梳型聚合物对不同条件下蒙脱土分散体系稳定性的影响本文主要从以下三方面进行研究：(1)在不同电解质类型及电解质浓度条件下,测定了聚合物在蒙脱土颗粒表面的吸附量,同时测量相应的粘土颗粒的Zeta电势；吸附曲线及电势测定实验均表明梳型聚合物可以吸附在蒙脱土颗粒表面,同时可以使蒙脱土颗粒电势的数值更负,从这两方面协同验证了梳型聚合物吸附在蒙脱土颗粒上；由于Ca2+有更强的屏蔽电荷的能力,所以加入CaC12的体系的饱和吸附量要远高于加入NaCl的体系。(2)通过XRD粉末衍射实验,探究了梳型聚合物在蒙脱土颗粒表面的吸附机理；实验结果表明,部分聚乙二醇(PEO)侧链插层到蒙脱土片层中；(3)通过沉降实验考察了高温高盐下,梳型聚合物对蒙脱土分散体系稳定性的影响,并用全能稳定性分析仪探究了聚合物-粘土分散体系的沉降类型。加入梳型聚合物的胶体分散体系的稳定性是通过电性-空间稳定机制来实现的,即同时通过静电作用和空间作用来维持体系的稳定。梳型聚合物加入后,聚合物吸附在蒙脱土颗粒上,增加了颗粒间的静电排斥作用力和空间位阻作用力,从而提高了分散体系的稳定性。实验结果表明,在高温高盐条件下,本实验所合成的梳型聚合物有很好的耐温抗盐特性,高温高盐条件下,胶体分散体系可以保持长期稳定性；全能稳定性分析仪分析结果表明蒙脱土颗粒的沉降行为属于“差异沉降”,加入一定量的梳型聚合物可以极大的提高胶体分散体系的稳定性。4.聚氧乙烯醚梳型聚合物对不同条件下蒙脱土分散体系流变性的影响探究了梳型聚合物P(APEG/AM/AMPS)-SAMS水溶液的流变学性质,及聚合物-粘土体系、聚合物-粘土-盐分散体系高温下流变学性质,并且运用Herschel-Bulkely模式对流变曲线进行拟合,得到了相应的流变学参数。梳型聚合物具有良好的耐温抗盐特性,在高温高盐条件下具有良好的分散特性,通过拟合得到的流变学参数表明所合成的梳型聚合物更适合泥浆的现场应用。
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【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O631;TE254.4

【共引文献】