丙烯酸—丙烯酰胺—丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵钻井液降滤失剂合成及其性能的研究

论文摘要

在传统的阴离子型钻井液降滤失剂制备中,通过引人阳离子单体可以制得聚阳离子型、两性离子降滤失剂,在改善钻井液流变性能、降低水眼粘度、控制井壁稳定以及地层造浆等方面有着阴离子型降滤失剂无法比拟的优点,特别是抗高价金属离子污染能力强,能够满足高压喷射钻井和优快化钻井的需要。从20世纪90年代中期至今,对两性离子多元共聚物降滤失剂的研究取得了可喜进展,新产品层出不穷。然而两性离子共聚物降失水剂的不足之处在于抗温能力。为此,这也给研究者们提出了更高的要求,研制开发耐更高温度的产品以适应超深井钻探的需要。本文尝试以丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）作为原料单体,去离子水为溶剂,少量过硫酸铵水溶液为还原引发剂,聚合合成一种新的水溶性聚合物钻井液降滤失剂。通过对AA-AM-DAC共聚物物的水溶液比浓粘度及其钻井液表观粘度、塑性粘度、滤失量、动切力的研究,确定了最佳的聚合反应参数:引发剂用量、AA/AM比例、DAC用量、反应温度。分析盐浓度、钙含量、温度对两性离子聚合物钻井液性能的影响;利用红外光谱（FTIR）研究两性离子聚合物中官能团对其钻井液性能的影响;利用热重分析（TGA）验证共聚物的热稳定性;通过热滚试验验证共聚物钻井液的抗温性能;通过页岩滚动回收率试验考查该共聚物的防塌、抑制能力。得到了抗温、抗盐、抗钙,综合性能较好的的水溶性聚合物钻井液降滤失剂,可适用于多种钻井液体系。主要研究成果如下:（1）为得到聚合稳定、聚合反应速率快、分子量高的共聚物,通过优化聚合工艺,得到了最佳的反应聚合参数:AA/AM比例为4:6,丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）用量为20%,引发剂浓度为1%,聚合反应温度55℃。（2）合成的AA-AM-DAC共聚物具有良好的抗盐性能和高价金属离子污染能力,且抗二价金属阳离子Ca2+能力强于一价阳离子Na+能力。（3）热滚试验表明:聚合物钻井液的滤失量随温度升高而增大,在160℃内增加幅度并不大,表明聚合钻井液降滤失剂具有良好的抗温性能,抗温可达160℃。（4）抑制性评价表明:共聚物具有较强的抑制页岩水化分散能力,且随着加量的增大抑制性增强,不仅一次回收率较高,且二次回收率也处在较高水平,可见共聚物在页岩表面可形成较强的吸附能力。（5）FTIR谱图表明所合成的水溶性聚合物为丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的共聚物;TGA显示聚合物的起始失重温度为210℃,起始失重率为6.15%,501.4℃时残余质量为14.76%,可见,三元共聚物具有较高的热稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 钻井液用处理剂的应用现状与发展方向
• 1.2.1 钻井液处理剂的应用现状
• 1.2.2 钻井液处理剂的研究方向
• 1.3 钻井液降滤失剂的研究与应用现状
• 1.3.1 水溶性钻井液降滤失剂的研究与应用现状
• 1.3.2 油溶性钻井液降滤失剂的研究与应用现状
• 1.4 钻井液降滤失剂的作用原理
• 1.4.1 影响滤失量的因素
• 1.4.2 滤饼的形成过程
• 1.4.3 降滤失剂作用机理
• 1.5 选题依据及技术路线
• 1.5.1 选题依据
• 1.5.2 技术路线
• 第2章 丙烯酸－丙烯酰胺－丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚物的合成及性能实验方案
• 2.1 实验试剂与仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 聚合单体的确定
• 2.3 聚合方案设计
• 2.4 实验方法
• 2.4.1 水溶性聚合物的制备
• 2.4.2 聚合物特性粘度的测量
• 2.4.3 钻井液性能的评价方法
• 第3章 丙烯酸－丙烯酰胺－丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚物的溶液行为
• 3.1 聚合条件对共聚反应和共聚物[η]的影响
• 3.2 引发剂用量对[η]的影响
• 3.3 聚合反应温度对[η]的影响
• 3.4 丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体用量对[η]的影响
• 3.5 聚合物浓度对比浓粘度的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 聚合物钻井液性能评价和结构表征
• 4.1 聚合温度对聚合物钻井液性能的影响
• 4.2 丙烯酸与丙烯酰胺质量比对钻井液性能的影响
• 4.3 丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵用量对聚合物钻井液性能的影响
• 4.4 合成聚合物钻井液的抗盐性
• 4.5 合成聚合物钻井液的抗温性
• 4.5.1 聚合物钻井液淡水体系的抗温性
• 4.5.2 聚合物钻井液盐水体系的抗温性
• 4.6 聚合物加量对钻井液性能的影响
• 4.7 聚合物钻井液抑制性评价
• 4.8 聚合物FTIR 和TGA 分析
• 4.8.1 聚合物FTIR 分析
• 4.8.2 聚合物TGA 分析
• 4.9 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果