钻井液用抗高温聚合物增黏剂的制备与性能评价
发布时间：2021-11-22 20:04
针对当前钻井液增黏剂耐温抗盐性能较差,无法满足深部高温储层钻探要求的问题,以2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）和N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAM）为单体,利用自由基共聚法制备了耐温抗盐聚合物增黏剂ANAD。采用正交实验法优化ANAD的合成条件,采用红外光谱仪、核磁共振波谱仪等表征ANAD的分子结构,采用热重分析仪测定ANAD分子链的热稳定性,评价了ANAD在基浆中的耐温抗盐性能,分析了ANAD的增黏机理。结果表明,在引发剂2,2’-偶氮二异丁基脒二盐酸盐（AIBI）加量0.5%、单体摩尔比n（AMPS）∶n（NVP）∶n（AM）∶n（DMAM）=37.70∶31.10∶31.10∶0.10、反应温度55℃的条件下制备的ANAD抗温性能优良,分子链初始分解温度为328℃,在淡水基浆和15%盐水基浆中的抗温能力分别为230℃和180℃。ANAD的抗剪切性能良好。ANAD具有大分子侧链、刚性基团及极性基团磺酸基团,其抗温、抗盐、增黏和抗剪切性能均优于国内常用增黏剂80A51。图10表4参20
【文章来源】：油田化学. 2020,37(01)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
AMPS、NVP和ANAD的分子结构
由增黏剂ANAD的热重分析曲线（图4）可见，ANAD存在四个阶段的质量变化。第一阶段的质量损失发生在43~328℃阶段，质量损失率为11.3%，由增黏剂中强亲水基团-SO3-吸收的水分蒸发引起的。第二阶段的质量损失发生在328~345℃阶段，质量损失率为23.6%，可能是聚合物酰胺基团发生降解引起的。第三阶段的质量损失发生在345~420℃阶段，质量损失率为25.5%，由磺酸基等侧链基团发生降解引起的。由于增黏剂ANAD的侧链中均为大分子侧链和刚性基团，这些基团可以显著增强增黏剂ANAD的抗温性能。第四阶段的质量损失发生在420~588℃阶段，质量损失率为4.8%。该阶段聚合物的主链发生热降解，聚合物结构被完全破坏。增黏剂ANAD分子链中含有大量的磺酸基、吡咯烷酮五元环等刚性侧基，使其分子链热降解温度进一步提高，从而具有良好的热稳定性。2.3.2 高温流变稳定性
1%ANAD和1%80A51溶液在不同温度老化后的抗剪切性能见图5。在170 s-1下恒速剪切20min后（图5(a）），溶液黏度随着时间延长基本维持恒定，且增黏剂ANAD的黏度大于80A51，说明ANAD耐剪切性能好于80A51。在剪切速率为0~300 s-1时（图5(b）），随着剪切速率增加，溶液黏度均下降，但ANAD溶液的黏度仍大于81A51。这是由于增黏剂ANAD中具有的大量酰胺基团可在分子间产生氢键，并且NVP基团具有疏水缔合作用，这些可提高增黏剂的抗剪切性能。而且增黏剂ANAD具有长碳链的侧链，可增强聚合物的刚性，这也进一步提高了增黏剂抗剪切的性能。相较之下，增黏剂ANAD具有更好的剪切稀释性，利于钻井液减少摩擦损失和清洁钻孔[17-18]。2.5 微观结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]抗高温包被剂PAAND的研制与性能评价[J]. 蒋官澄,史亚伟,贺垠博,杨丽丽,崔物格,杨潇. 油田化学. 2018(02)
[2]DMAA/AMPS/DMDAAC/NVP四元共聚耐温耐盐钻井液降滤失剂的研制[J]. 白秋月. 油田化学. 2017(01)
[3]抗高温耐盐增黏剂及其无固相钻井液体系研究[J]. 刘建军,刘晓栋,马学勤,朱红卫. 钻井液与完井液. 2016(02)
[4]缔合程度对疏水缔合聚合物增黏性和抗剪切性影响研究[J]. 张德富,卢祥国,李强,吕鑫. 西安石油大学学报(自然科学版). 2015(02)
[5]国内钻井液及处理剂发展评述[J]. 王中华. 中外能源. 2013(10)
[6]高性能钻井液处理剂设计思路[J]. 王中华. 中外能源. 2013(01)
[7]疏水缔合聚合物溶液的抗剪切机理研究[J]. 曹宝格,戴茜,陈定朝,张红静,赵永刚. 钻采工艺. 2007(03)
[8]P（AM-NVP-DMDA）疏水缔合水溶性共聚物的研究[J]. 叶林,黄荣华. 功能高分子学报. 1999(01)
博士论文
[1]抗温抗饱和盐聚合物钻井液降滤失增粘剂的研制及应用[D]. 闫丽丽.中国地质大学(北京) 2013
[2]两亲水溶性聚合物的合成、表征及性质研究[D]. 匡卫.山东大学 2013
[3]疏水缔合聚合物室内研究与现场应用[D]. 魏举鹏.西南石油学院 2005
[4]油气开采用疏水缔合聚合物的研究[D]. 韩利娟.西南石油学院 2004
硕士论文
[1]低分子聚合物压裂液体系流变性能及携砂规律研究[D]. 张昀.中国石油大学(华东) 2016
[2]抗高温无固相钻井液研究[D]. 刘翀志.中国石油大学(华东) 2015
[3]水溶性梳型聚合物降滤失剂的合成与性能评价[D]. 牛龙飞.山东大学 2012
[4]无固相钻井液抗高温聚合物的研制[D]. 张冬玲.中国石油大学 2007
本文编号：3512360
【文章来源】：油田化学. 2020,37(01)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
AMPS、NVP和ANAD的分子结构
由增黏剂ANAD的热重分析曲线（图4）可见，ANAD存在四个阶段的质量变化。第一阶段的质量损失发生在43~328℃阶段，质量损失率为11.3%，由增黏剂中强亲水基团-SO3-吸收的水分蒸发引起的。第二阶段的质量损失发生在328~345℃阶段，质量损失率为23.6%，可能是聚合物酰胺基团发生降解引起的。第三阶段的质量损失发生在345~420℃阶段，质量损失率为25.5%，由磺酸基等侧链基团发生降解引起的。由于增黏剂ANAD的侧链中均为大分子侧链和刚性基团，这些基团可以显著增强增黏剂ANAD的抗温性能。第四阶段的质量损失发生在420~588℃阶段，质量损失率为4.8%。该阶段聚合物的主链发生热降解，聚合物结构被完全破坏。增黏剂ANAD分子链中含有大量的磺酸基、吡咯烷酮五元环等刚性侧基，使其分子链热降解温度进一步提高，从而具有良好的热稳定性。2.3.2 高温流变稳定性
1%ANAD和1%80A51溶液在不同温度老化后的抗剪切性能见图5。在170 s-1下恒速剪切20min后（图5(a）），溶液黏度随着时间延长基本维持恒定，且增黏剂ANAD的黏度大于80A51，说明ANAD耐剪切性能好于80A51。在剪切速率为0~300 s-1时（图5(b）），随着剪切速率增加，溶液黏度均下降，但ANAD溶液的黏度仍大于81A51。这是由于增黏剂ANAD中具有的大量酰胺基团可在分子间产生氢键，并且NVP基团具有疏水缔合作用，这些可提高增黏剂的抗剪切性能。而且增黏剂ANAD具有长碳链的侧链，可增强聚合物的刚性，这也进一步提高了增黏剂抗剪切的性能。相较之下，增黏剂ANAD具有更好的剪切稀释性，利于钻井液减少摩擦损失和清洁钻孔[17-18]。2.5 微观结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]抗高温包被剂PAAND的研制与性能评价[J]. 蒋官澄,史亚伟,贺垠博,杨丽丽,崔物格,杨潇. 油田化学. 2018(02)
[2]DMAA/AMPS/DMDAAC/NVP四元共聚耐温耐盐钻井液降滤失剂的研制[J]. 白秋月. 油田化学. 2017(01)
[3]抗高温耐盐增黏剂及其无固相钻井液体系研究[J]. 刘建军,刘晓栋,马学勤,朱红卫. 钻井液与完井液. 2016(02)
[4]缔合程度对疏水缔合聚合物增黏性和抗剪切性影响研究[J]. 张德富,卢祥国,李强,吕鑫. 西安石油大学学报(自然科学版). 2015(02)
[5]国内钻井液及处理剂发展评述[J]. 王中华. 中外能源. 2013(10)
[6]高性能钻井液处理剂设计思路[J]. 王中华. 中外能源. 2013(01)
[7]疏水缔合聚合物溶液的抗剪切机理研究[J]. 曹宝格,戴茜,陈定朝,张红静,赵永刚. 钻采工艺. 2007(03)
[8]P（AM-NVP-DMDA）疏水缔合水溶性共聚物的研究[J]. 叶林,黄荣华. 功能高分子学报. 1999(01)
博士论文
[1]抗温抗饱和盐聚合物钻井液降滤失增粘剂的研制及应用[D]. 闫丽丽.中国地质大学(北京) 2013
[2]两亲水溶性聚合物的合成、表征及性质研究[D]. 匡卫.山东大学 2013
[3]疏水缔合聚合物室内研究与现场应用[D]. 魏举鹏.西南石油学院 2005
[4]油气开采用疏水缔合聚合物的研究[D]. 韩利娟.西南石油学院 2004
硕士论文
[1]低分子聚合物压裂液体系流变性能及携砂规律研究[D]. 张昀.中国石油大学(华东) 2016
[2]抗高温无固相钻井液研究[D]. 刘翀志.中国石油大学(华东) 2015
[3]水溶性梳型聚合物降滤失剂的合成与性能评价[D]. 牛龙飞.山东大学 2012
[4]无固相钻井液抗高温聚合物的研制[D]. 张冬玲.中国石油大学 2007
本文编号：3512360
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