抗高温油井水泥降失水剂的合成与性能研究

发布时间：2020-04-09 08:56

【摘要】：在固井作业过程中,降失水剂的目的是为了防止水泥浆中的水过快流失造成固井失败。当前油气资源的勘探开发从常规油气藏向深层、低渗透、海洋、非常规油气藏的延伸,现有的降失水剂已不能满足当前固井作业所面临的高温、高盐分环境。本文从水泥水化机理和降失水剂的降失水机理出发,通过分子结构设计合成了一种适用于深井、超深井固井的油井水泥降失水剂,然后对其分子结构进行表征并对其性能进行评价,最后对该共聚物降失水剂的作用机理做了探讨。本文从抗高温耐盐的角度,通过分子结构设计,以对苯乙烯磺酸钠(SSS)、一种含有酰胺基团的烯类单体(XS-1)、衣康酸(IA)为共聚单体,过硫酸钾(K2S208)为引发剂通过自由基共聚合反应合成了三元共聚物SSS/XS-1/IA。以失水量为评价标准,通过正交实验法得到了最佳合成工艺条件,即单体配比(摩尔比)SSS:XS-1:IA为4:5:2,反应温度为65℃,引发剂加量为0.8wt.%,pH值为10,反应时间为5h。对合成共聚物进行元素、分子结构、耐热性及相对分子质量分析。元素分析、红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)、X射线光电子能谱(XPS)测试结果表明所有单体均参与了共聚反应,共聚物中的各元素分别来源于参与反应的各单体且共聚物中不含有不饱和的碳碳双键,这说明合成产物为目标产物。TG测试结果表明聚合物具有优异的耐热性能,最高耐热温度可达401℃。GPC测试结果表明共聚物的Mn为16.90×104g/mol,DPI为1.622。ESEM测试结果表明共聚物微观形貌为含有孔洞的膜状结构,这有利于对水泥颗粒的吸附。对共聚物进行性能评价,结果表明共聚物具有较好的耐温性和耐盐性。在淡水水泥浆中,失水量最低可控制在20mL之内;在淡水水泥浆,半饱和盐水水泥浆、饱和盐水水泥浆这三种水泥浆体系中,失水量均可控制在100mL之内。与此同时共聚物降失水剂的加入对水泥浆流变性能和水泥石抗压强度的影响较小,而且有利于提高水泥浆的沉降稳定性。为探讨共聚物降失水剂的作用机理,通过TOC、Zeta电位、ESEM测试了纯水泥浆和含有共聚物降失水剂的水泥浆中共聚物在水泥颗粒上的吸附量、水泥浆Zeta电位值的变化和水泥浆的微观形貌,通过SEM-DES、XRD、TG-DTG测试了纯水泥石和含有共聚物降失水剂的水泥石的微观形貌、水化产物组成和含量。上述测试结果表明,共聚物降失水剂主要是通过吸附在水泥颗粒表面并形成致密滤饼,堵塞浆体的失水通道而起到降失水作用的。
【图文】：

近年来国内外有关降失水剂文献的统计

图１－４近年来国内外有关降失水剂专利的统计逡逑水溶性降失水剂主耍以合成高分子为主要类型
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE256.6

【参考文献】

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本文编号：2620554