不同基团修饰的丁苯胶乳的性能及作用机理研究

发布时间：2020-04-05 17:47

【摘要】：随着固井行业的发展,油气勘探对象逐渐由简单构造向复杂构造转变。在这种复杂工况条件下,纯水泥无法满足油田固井施工要求,必须借助于外加剂来提高其各种应用性能。聚合物胶乳是一类不可或缺的油井水泥外加剂,其中丁苯胶乳成为近年来研究的重点。但目前市售丁苯胶乳的耐温抗盐稳定性、分散性、增韧能力均较差,容易出现聚集絮凝、破乳等现象。为克服以上缺点,引入特定功能单体改善丁苯胶乳的性能,但是含不同官能团的功能单体对水泥水化过程的影响不同,进而影响水泥石的各项性能。本文依据分子结构设计原理,采用微滴乳液聚合方法,分别将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)或AMPS丙烯酸(AA)等功能单体接枝到丁苯胶乳粒子表面,制备出两种新型的固井用丁苯胶乳外加剂SSBR胶乳和CSBR胶乳。通过红外光谱,热失重,粒径分布及透射电镜等测试手段对两种胶乳进行了分析表征,测试结果表明:两种胶乳产品均为目标产物,且均具有良好的耐热性能,SSBR胶乳和CSBR胶乳的热分解温度分别为350℃和375℃。两种胶乳的粒径分布均匀,具有明显的核壳结构,平均粒径均在150 nm左右。考察了两种胶乳改性水泥基复合材料的稳定性、流动度、流变性能、控失水能力、初终凝时间、抗压抗折强度、三轴应力应变等性能,测试结果表明:两种胶乳的加入不仅可改善水泥浆的稳定性,提高水泥浆的流动性和流变性能,延缓凝固时间,降低失水量,而且可提高水泥石的韧性和力学形变能力。另外,与SSBR胶乳改性水泥浆相比,CSBR胶乳改性水泥浆具备更加优异的综合性能。通过X-射线衍射仪(XRD)、水化热测定仪、场发射扫描电子显微镜(SEM)、总有机碳分析仪(TOC)、Zeta电位、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)和电导率仪等测试技术探究了两种胶乳的作用机理,测试结果表明:SSBR胶乳和CSBR胶乳不仅可通过静电吸引作用吸附到水泥颗粒表面,而且可通过与Ca~(2+)的螯合作用吸附到水泥水化体系表面。由于吸附和螯合作用,SSBR胶乳和CSBR胶乳均延缓了水泥水化进程,提高了水泥浆的水化程度,堵塞了水泥体系的孔隙及裂缝,提高了水泥基复合材料的致密性,改善了水泥石的综合性能。另外,与SSBR胶乳相比,CSBR胶乳与Ca~(2+)的螯合能力更强,所以CSBR胶乳在水泥浆体系中的吸附量更多,其改性水泥基复合材料的综合性能更加优异。
【图文】：

1.2.1 固井工程在钻好的井眼中下入套管，然后通过泵送将调配好的水泥浆和顶替液注入到地层与套管之间的环空空隙内的指定位置，这一过程简称为固井，如图1-1所示。在油气资源开采过程中，固井作业具有以下作用：（1）固定套管并加固井壁，为钻井作业提供安全保障；（2）封隔作用，防止油、气、水三者层间窜流，保证油气资源正常开采；（3）隔离复杂地层（如易漏失、易坍塌、异常高压等），保证钻井作业安全顺利。固井是油气井开采过程中至关重要的一个环节，其质量的优劣直接影响油气资源开采效率和油气井寿命[9,10]。在日益复杂的钻探环境下，如何提高固井质量，，保证固井工程安全顺利进行成为当前面临的主要挑战。?

本研究的技术路线图
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE256.6

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本文编号：2615327