梳型聚合物的合成及其与蒙脱土相互作用的研究

论文摘要

目前由于石油能源紧张,国内外对石油的需求量越来越大,油田勘探开发逐步朝深部地层发展。这就要求钻井液聚合物具有良好的抗高温和耐盐的特性。钻井液用合成聚合物通常是由不同抗温、耐水解单体制备的直链无规共聚物,因此聚合物的研发受制于耐温单体的研制,而忽略了聚合物结构对性能的影响。本文通过大单体共聚法制备了带有长侧链的梳型聚合物,发现梳型聚合物不仅具有良好的抗高温耐盐性,还能调控钻井液具有较好的流动特性。通过胶体化学实验进一步研究了梳型聚合物与粘土间的相互作用。本文的主要内容包括以下几个方面：1.梳型聚合物的合成及表征本文通过先酯化制备大分子单体然后再聚合的方法,合成了带有长侧链的梳型聚合物。即以聚乙二醇单甲醚（PEGM）与马来酸酐（MA）酯化反应得到大分子单体（PEGM-MA）,再配以丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）两种单体,采用水溶液自由基聚合得到梳型聚合物。红外光谱分析表征了聚合物结构中存在各单体官能团,证实了聚合物的梳型结构；利用元素分析法确定了聚合物中元素比例,进而计算各结构单元所占比例；由特性粘数近似计算得梳型聚合物分子量在8-9万左右；热重-差示扫描量热（TG-DSC）实验表明合成的梳型聚合物具有较好的耐温性。2.梳型聚合物在不同基浆体系中降滤失效果的评价根据GB/T16783.1-2006水基钻井液评价程序,评价了梳型聚合物在不同基浆体系中的降滤失效果。结果表明梳型聚合物在淡水基浆、盐水基浆和饱和盐水基浆中经过高温老化后仍具有较好的降滤失效果。与油田现场用的国外进口产品Driscal D对比发现,高温老化后梳型聚合物对淡水基浆、盐水基浆和饱和盐水基浆粘度及切力的影响较小,具有较好的调控能力。3.梳型聚合物与蒙脱土间相互作用的研究本文通过吸附实验、zeta电势测定以及流变学表征等手段研究了不同侧链密度、长度的梳型聚合物对粘土分散体系的影响。结果表明聚合物通过其酰胺基团与粘土表面羟基间的氢键作用吸附在粘土表面,同时侧链向外伸展在水溶液中。随聚合物浓度的增加,聚合物在粘土表面的吸附量增加,颗粒的zeta电势绝对值也相应增加。在无机盐浓度较低时,吸附量和颗粒的zeta电势绝对值进一步增加；当无机盐浓度较高时,吸附量和zeta电势均达到（?）平台值。对照体系流变实验结果,发现增加侧链长度,能有效的屏蔽无机盐对颗粒zeta电势的影响,并且长的侧链能降低粘土分散体系粘度。因此梳型聚合物对粘土体系具有良好的分散特性。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 符号说明
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景及立题意义
• 1.2 抗高温降滤失剂
• 1.2.1 国内外研究进展
• 1.3 梳型聚合物降滤失剂
• 1.3.1 梳型聚合物的特点
• 1.3.2 梳型聚合物的合成方法
• 1.4 聚合物与粘土间的相互作用研究
• 1.4.1 蒙脱土的物理化学性质
• 1.4.2 聚合物在粘土颗粒表面的吸附
• 1.4.3 聚合物对粘土分散体系流变性的影响
• 1.4.4 聚合物-粘土分散体系稳定性的研究
• 1.5 本文主要研究内容
• 1.5.1 梳型聚合物的合成及表征
• 1.5.2 梳型聚合物降滤失效果评价
• 1.5.3 梳型聚合物与粘土分散体系相互作用的研究
• 第二章 梳型聚合物的合成及表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验药品和仪器
• 2.2.1 实验药品
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 梳型聚合物降滤失剂的合成
• 2.4 梳型聚合物的表征
• 2.4.1 红外光谱分析
• 2.4.2 核磁共振分析
• 2.4.3 聚合物元素分析
• 2.4.4 特性粘度测定
• 2.4.5 热稳定性分析
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 红外光谱分析
• 2.5.2 核磁共振分析
• 2.5.3 元素分析
• 2.5.4 特性粘度分析
• 2.5.5 热稳定性分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 梳型聚合物降滤失效果评价
• 3.1 引言
• 3.2 实验药品和仪器
• 3.2.1 实验药品
• 3.2.2 实验仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 钻井液基浆的配制
• 3.3.2 钻井液流变参数的测定
• 3.3.3 钻井液滤失量的测定
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 淡水基浆降滤失效果评价
• 3.4.2 盐水基浆降滤失效果评价
• 3.4.3 饱和盐水基浆降滤失效果评价
• 3.4.4 钙盐基浆降滤失效果评价
• 3.5 本章小结
• 第四章 梳型聚合物在蒙脱土颗粒表面的吸附
• 4.1 引言
• 4.2 实验药品与仪器
• 4.2.1 实验药品
• 4.2.2 实验仪器
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 蒙脱土分散体系的制备
• 4.3.2 聚合物-蒙脱土分散体系的制备
• 4.3.3 聚合物吸附量的测定
• 4.3.4 蒙脱土颗粒zeta电势的测定
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 聚合物在蒙脱土表面的吸附
• 4.4.2 盐对聚合物吸附的影响
• 4.4.3 蒙脱土颗粒zeta电势
• 4.5 本章小结
• 第五章 梳型聚合物-蒙脱土分散体系流变学研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验药品和仪器
• 5.2.1 实验药品
• 5.2.2 实验仪器
• 5.3 实验方法
• 5.3.1 聚合物溶液的制备
• 5.3.2 蒙脱土分散体系的制备
• 5.3.3 聚合物-蒙脱土分散体系的制备
• 5.3.4 聚合物-蒙脱土-盐分散体系的制备
• 5.3.5 粘度曲线的测定
• 5.3.6 粘弹性的测定
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 梳型聚合物溶液的流变学性质
• 5.4.2 聚合物-蒙脱土分散体系流变学性质
• 5.5 本章小结
• 第六章 梳型聚合降滤失作用机理分析
• 6.1 引言
• 6.2 梳型聚合物降滤失剂的分散作用
• 6.3 梳型聚合物降滤失剂的增粘作用
• 6.4 梳型聚合物降滤失剂的堵孔作用
• 6.5 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文情况
• 学位论文评阅及答辩情况表