耐温耐盐遇水膨胀橡胶堵剂的制备与性能

发布时间：2020-11-08 12:21

　　 遇水膨胀橡胶(WSR)作为一种新型的橡胶功能材料,主要是由橡胶基体和亲水性组分复合而成,亲水性组分包括阴离子型、阳离子型和非离子型亲水剂,复合方式分为物理添加复合型和反应共价交联型两种。WSR既具有弹性体的优异力学性能,又有良好的吸水膨胀性能。由于选用的亲水性成分和采用的复合技术的原因,大多数WSR在高矿化度水中表现出膨胀倍率低、膨胀速率快、亲水性组分易流失、稳定性较差的现象,WSR的应用受到限制。因此,研究在高矿化度水中膨胀倍率高、延迟性膨胀、力学性能高的WSR材料成为研究的焦点、难点与发展方向。基于WSR材料的性能特点,在高含水期油田的开发中表现出比较好的应用前景,本论文主要针对我国西北地区的塔河油田裂缝洞型油藏储层温度高(130℃)和矿化度高(2.2×105 mg/L)的工况特点,研究开发一种能够耐温、耐盐,同时具有延迟膨胀的新型橡胶堵剂材料。本文采用反应型亲水剂改性WSR材料,分别制备出丁腈橡胶(NBR)和氢化丁腈橡胶(HNBR)为基体的共价交联型WSR橡胶堵剂,评价了橡胶堵剂的封堵行为。论文采用物理共混法,以NBR为基体制备WSR材料,研究了不同WSR类型、矿化度、温度、交联密度以及炭黑含量对吸水膨胀行为的影响。结果表明:共价交联型WSR析出的亲水组分很少,缓解了吸水剂的析出问题;只有橡胶中的交联密度适当时,材料才可以表现出优良的吸水膨胀行为;炭黑的含量决定了橡胶的力学性能和密实度,橡胶密实度越高,才能够在塔河模拟水中下沉,但是这时也出现填料流失的现象;以NBR为基体的共价交联型WSR的延迟膨胀时间在10 h左右。但是该方法加工的WSR存在填料流失造成膨胀倍率低的现象,不能满足塔河油藏长距离输送和追求较高膨胀倍率的施工要求。论文又以HNBR为基体制备共价交联型WSR材料,研究了温度、矿化度以及橡胶基体对吸水膨胀行为的影响。结果表明:温度越高,膨胀速率越快,以HNBR为基体的共价交联型WSR在130℃的塔河模拟水中,有更高的膨胀倍率,并且可以保证材料密实度大,在塔河模拟水中可以下沉,还有更长时间的延迟膨胀行为。但是橡胶试片较大,不能注入塔河油藏中,需要裁剪成堵剂粒子。最后,将硫化胶片裁剪成1 mm大小的堵剂粒子,研究堵剂粒子在塔河模拟水中的膨胀行为,并且进行裂缝岩心的物理模拟封堵实验,评价堵剂对缝洞型油藏封堵性能。结果表明:以HNBR为基体的堵剂粒子,在被水性聚氨酯膜包覆后具有更长的延迟膨胀时间和较高的膨胀倍率,并且在塔河模拟水中能够下沉,橡胶堵剂在注入裂缝后,表现出较好的封堵效果,实验模拟裂缝流道封堵效果突出,能够很好地满足塔河油藏的深部堵水调剖技术的要求。
【学位单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE39
【部分图文】：

封端型 PU 的红外光谱分析 mL 三口瓶中称取定量购买的聚醚型 PU，在 50 ℃的反HEMA 和 1 滴催化剂 T-12，反应 5 h，得到封端型 PU 活酯基能够与 HEMA 中的羟基发生化学反应，反应方程式图 2-2 封端型聚醚 PU 的制备原理Fig.2-2 Preparation principle of capped polyether PU封端型 PU 和未封端型 PU，使用 KBr 压片法对其进行以看出，未封端型 PU 在 2270 cm-1处出现一尖锐特征吸NCO 特征官能团的伸缩振动；在封端型 PU 中，在 2270 c完全消失，这表明 PU 中的异氰酸酯基已经与 HEMA 8 cm-1处的吸收谱带归属为-CH2的伸缩振动吸收。

图 2-4 共价交联型 WSR 反应原理Fig.2-4 The reaction principle of covalent cross-linking WSR从图 2-5 可以看出，PU 在 2273 cm-1处出现一尖锐特征吸收谱带，该谱带归属为-NCO 特征官能团的伸缩振动。当 PU 中的-NCO 与 PAM 中的-NH2反应后，2273 cm-1处的-NCO 特征吸收峰完全消失，2868-2974 cm-1处的吸收谱带归属为-CH2的伸缩振动吸收。

耐温耐盐遇水膨胀橡胶堵剂的制备与性能图 2-4 共价交联型 WSR 反应原理Fig.2-4 The reaction principle of covalent cross-linking WSR 可以看出，PU 在 2273 cm-1处出现一尖锐特征吸收谱带征官能团的伸缩振动。当 PU 中的-NCO 与 PAM 中的-N-NCO 特征吸收峰完全消失，2868-2974 cm-1处的吸收谱动吸收。
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本文编号：2874774