压井用纳米微球及纤维素复合凝胶的制备与性能评价

发布时间：2020-04-23 13:33

【摘要】：在欠平衡钻井过程中,冻胶阀技术因其作业成本低,对油气无污染等优势而得到广泛应用,但对于高压地层,用作冻胶阀的常规复合凝胶的机械强度不足,易破碎,无法实现密封效果。为了克服此缺点,本文将丙烯酰胺/甲基丙烯酸羟乙酯(AM/HEMA)共聚纳米微球、含有碳碳双键的可聚合微球及纳米纤维素(NCC、CNF)添加于常规的聚丙烯酰胺及丙烯酰胺凝胶体系中以增强冻胶阀的机械强度,通过质构仪和流变仪研究了不同纳米粒子对复合凝胶的拉伸性能、压缩性能及粘弹特性的影响,并利用扫描电镜(SEM)、傅里叶变化红外光谱(FTIR)以及固体核磁探究了纳米粒子增强复合凝胶的机理。结果表明,对于聚丙烯酰胺/AM/HEMA微球凝胶,微球的加入能够有效地增强凝胶的机械强度。与未添加微球凝胶相比,10wt%微球含量的复合凝胶的拉伸应力增大了约20倍,压缩应力增大了3倍左右。对于丙烯酰胺/AM/HEMA微球复合凝胶,当丙烯酰胺与微球含量比为6:2时,复合凝胶的拉伸应力最大,拉伸比较大,说明其具备良好的韧性。当丙烯酰胺与微球含量比为7:1时,复合凝胶的压缩应力及弹性模量均为最大,压缩后能够基本恢复原状,仅发生极小的环切状破碎,而未添加微球凝胶则发生大面积的断裂,这表明其弹性良好。复合凝胶的网络结构呈现凝胶包裹球形颗粒的状态,这在一定程度上增大了凝胶的孔壁厚度,且微球自身具备良好的弹性,明显地改善了复合凝胶的机械性能。对于丙烯酰胺/可聚合微球复合凝胶,当丙烯酰胺与可聚合微球含量比为6:2时,复合凝胶的机械性能达到最佳,在压缩过程中,复合凝胶完全恢复原状,未发生破损。复合凝胶呈现出独特的以微球为“交联点”的蜂窝状网络结构,红外及核磁证明可聚合微球表面的碳碳双键与丙烯酰胺单体发生反应而形成这种独特的网络结构。对于丙烯酰胺/纤维素复合凝胶,当丙烯酰胺与纳米纤维素NCC及CNF含量比为5:3时,复合凝胶的机械性能达到最佳。NCC复合凝胶的韧性增强效果较为明显;而CNF复合凝胶的强度增强效果更显著,其拉伸应力较常规凝胶提高近6倍。
【图文】：

分子结构图,蒙脱土,片层,蒙皂石

第 1 章文献综述胶，对制备好的复合凝胶进行分析发现，通过溶胶-凝胶呈孔状，凝胶的溶胀性较好。以丙烯酸为单体，以硅酸钠作前驱物合成了 SiO2/丙烯发现，此凝胶微观结构呈现以 SiO2为内核和丙烯酸为复合水凝胶于蒙脱土优异的性能以及较为低廉的成本，关于其复插层复合水凝胶[34-36]的科学研究吸引了越来越多的科学成分为天然矿物蒙皂石，而这种蒙皂石的微观结构如图八面体结构为中心，在其上下表面附着硅氧四面体结构67Mg0,33(OH)2[Si4O10]} 。

插层,复合材料,复合凝胶,石墨

图 1.2 片层粒子在复合材料内的分散：(a)聚集的；(b)插层的；(c)剥离的. 1.2 Dispersion of montmorillonite lamellar particles in composite material(a) Aggregates; (b) Intercalation; (c) Exfoliation[39]化石墨烯复合水凝胶来，氧化石墨烯材料吸引了来自全世界科学家的广泛关注，这是由羟基羧基等丰富的官能团结构[40]，从而表现出极佳的化学活性，能纳米材料添加剂。Cong[41]等人以 N-丙烯酰-6 氨基乙酸为单体，以剂，以过硫酸铵为引发剂制备出石墨烯复合凝胶。对此凝胶进行分韧性极强，拉伸形变量可达 1190%，远高于不添加石墨烯的常规凝分子微球复合水凝胶物医疗领域，纳米或微米级的高分子微球复合凝胶有着极为广泛的对环境极其敏感，，常被用于在身体中传递药物。但是此类复合凝胶可发现其机械性能极差[43]。针对此明显劣势，Wang 等人[44]将高分
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ427.26;TE24

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