三元共聚增粘剂的合成及油田应用研究

发布时间：2020-11-20 20:45

　　 随着全球原油需求量的不断攀升,保护油井、提高原油采油率成为全球热点话题。天然高分子物质淀粉,具有价格低廉、来源广泛、绿色可降解等特点,改性后的淀粉类物质由于其结构的特殊性,很早便应用于石油天然气行业,并广泛研究。本文首先对国外原样进行剖析检测,确定主要成分。其次以玉米淀粉、丙烯酰胺和丙烯酸钠为合成原料,过硫酸铵-无水亚硫酸氢钠为复合引发剂,采用水溶液聚合法,制备可用于石油开采注剂的共聚产物。我们筛选了不同淀粉原料,并讨论了合成条件如:单体NaAA加入量、引发剂用量、反应时间以及反应温度对聚合反应的影响。从共聚物表观粘度、单体转化率、接枝率的结果考察了合成条件的影响,得到最佳制备条件为:NaAA加入量为0.3 mol/L、引发剂用量为单体总质量的3%、反应时间3 h、反应温度50℃。使用Box-Behnken中心组合建立数学模型,根据预测模型得到各因素对表观粘度的显著性从强到弱依次为:反应温度引发剂用量反应时间。借助各仪器对接枝产物进行结构表征分析。红外光谱显示产物拥有各单体特征吸收峰,证明接枝反应的成功发生。从热分析曲线中可观察到,产物较玉米淀粉热分解温度有所升高,证明反应增大了其热稳定性。X-射线衍射曲线与扫描电镜照片显示,玉米淀粉的结构在反应期间遭到了破坏,使得其结晶结构消失。对三元接枝共聚产物的油田应用进行了初步考察,分别考察了其在水溶液与钻井液中的耐盐耐温性。在水溶液表观粘度测定中,发现各价态盐离子对表观粘度的影响变化规律相同,粘度下降程度不同。其中,高价态盐离子存在下的水溶液增粘性损失较多。同时测定高温下水溶液的表观粘度,发现在高温下该水溶液仍具有较好的增粘性。将该共聚产物添加于四种不同类型的钻井泥浆中,对各类钻井泥浆的流变性和降滤失效果进行测定。实验表明该产物在各类基浆钻井液中耐盐性能较好,而耐温性能较差。由此说明,该共聚产物在石油开采方面的应用性能还有待提高。
【学位单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE357.46;TE254.4;TE39
【部分图文】：

第一章 绪论于结构的特殊性，嵌段型丙烯酰胺发生分子之间缔合反应的几率特别大。合物分子结构易受热力学控制，一般为了实现较好的结构规律性，要求嵌分布较窄，所以这类丙烯酰胺聚合物分子量较低，一般用于生物医药材料。由于疏水基团在梳型丙烯酰胺中无序的排列，使得缔合反应可发生在分内部。不过，当聚合物分子量较低时，以分子内部缔合反应为主；当聚合时，分子之间缔合反应发生概率会更大。所以梳型丙烯酰胺聚合物水溶性全取决于分子量大小、疏水侧链结构等。Geoffrey[34]采用胶束聚合法，用丙烯酰胺分别和三种双尾疏水单体发生三元共聚反应（图 1.2），每个双尾单碳链以上的烷基侧链。实验结果显示，疏水链长度越长，粘度增强越明显

壁稳定性、对地层损害能力均良好。该研究积极地推动了多糖类物质在石油开采领域利用价值。1.3.1.3 环糊精类聚合物环糊精(CD)是由葡萄糖单元通过α-1、4 键相互连接形成的低聚糖，为中心空腔的锥形结构[60,61]，如下图 1.3 所示。由结构图可知，其分子腔内羟基数量较多。高密度羟基使环糊精可吸附在不同物质的表面，因此在石油开采中可作为润湿改性剂。通过大地层岩石表面的亲水性，减小油水界面张力，来促进石油开采过程中的驱动力[62,63同时，有文献指出，CD 热分解的温度在 200℃以上，说明可用于地层条件[64]。Liu[等自制得到 2-O-(烯丙基氧基-2-羟丙基)-b-环糊精(XBH)，并将其与 AM、AMPS、丙酸钠 (NaAA)经氧化还原后，发生自由基共聚反应，制备出一种可用于粘土稳定的β-糊精共聚物。对产物进行了性能检测实验，发现共聚物水溶液具有显著的抗剪切能力耐温性能、耐盐性以及抑制黏土溶胀性，可作为黏土稳定剂使用。

图 2.1 反应装置图Figure 2.1 The diagram of reaction device枝 AM、NaAA 的分离与提纯用无水乙醇对共聚产物多次沉淀，过滤后的固体产将除去未反应单体的粗产品研磨至粉，称重为W1。流抽提 8 h，并真空烘干称重，得到纯三元接枝产-冰醋酸混合液为抽提液。体转化率、接枝率的计算，体系中会残留很多物质，例如单体间的均聚与共枝率成为衡量接枝反应的关键要素。具体计算公式
【参考文献】

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本文编号：2891976