聚合物型水基成膜降失水剂的合成与研究

论文摘要

在水基钻井液钻井过程中,井壁稳定性问题随时存在,由于压差的存在,造成钻井液的失水,水分渗入到井壁周围地层是井壁失稳的主要原因,所以必须采取一切技术措施去控制钻井液的失水,阻止水分进入地层。聚合物型成膜降失水剂作为一类新型的钻井液成膜剂,主要用于水基成膜钻井液中通过在井壁表面发生成膜作用以降低钻井液失水及保持井壁稳定。根据水基成膜钻井液技术和聚合物成膜剂成膜原理,设计得到一种聚合物型成膜降失水剂,该产品应满足分子量较小、具有高电荷密度、强烈的吸附性能；能够在井壁上高效成膜,显著改善泥页岩膜的理想性,据此选择丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠和丙烯酸甲酯作为原料单体,采用水溶液聚合方法,四元共聚合成出目标产品。采用单因素实验方法分析了反应条件对合成成膜降失水剂的影响,并得出了最佳反应条件为：反应时间30min；反应温度50℃；单体总浓度30%；单体配比AM:AMPS:DMDAAC:MA（质量比）=70：20：12：30；引发剂浓度0.12%,测出了产品的特性粘数[η]=565.27mL/g,用红外光谱对聚合物产品进行了表征,验证了产品达到了最初分子设计的要求。在粘土分散性实验和防膨实验中,0.5%成膜降失水剂溶液抑制粘土分散率超过70%,防膨率达到了80%以上；泥球浸泡实验中,浸泡在成膜剂溶液里的泥球表面形成了一层保护膜,有效地阻止了水分的进入,比较直观地证实了半透膜效应。以上实验结果反映出产品具有很强的抑制防塌性能,这与其成膜改善泥页岩膜理想性能相对应,能有效地抑制粘土的水化膨胀、分散,起到较好的防塌作用。通过膜的外观形状和扫描电镜试验直观证实了钻井液失水后形成泥饼表面膜的存在,采用电导率测定法,用自制的成膜互透装置验证了聚合物成膜降失水剂的成膜作用效果。结果表明,成膜剂在粘土表面通过成膜作用,明显的改善了粘土泥页岩半透膜的理想性,使泥页岩膜表现出更接近半透膜的特征,并有效的封堵了泥页岩孔隙,大大降低了钻井液的失水量。对产品的溶解、抗盐、抗钙、抗温和配伍性能进行了研究,结果表明产品具有较好的抗温、抗盐析及抗钙析性能,水溶性优于HPAM,产品同现场一些常用钻井液处理剂的配伍性能良好,在不同钻井液中也表现出较好的成膜和降失水性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的背景及意义
• 1.2 水基成膜钻井液技术研究
• 1.2.1 半透膜基础理论
• 1.2.2 水基钻井液形成半透膜机制研究
• 1.2.3 膜质量控制研究
• 1.2.4 国内外水基成膜剂研究进展
• 1.3 论文主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 1.4 论文创新点
• 1.5 本章小结
• 第2章 成膜降失水剂的合成与表征
• 2.1 合成成膜降失水剂的基本思路
• 2.1.1 聚合物的结构形态与成膜条件关系
• 2.1.2 单体的选择
• 2.2 聚合物型成膜降失水剂的合成
• 2.2.1 所用实验仪器和药品
• 2.2.2 合成方案的选择
• 2.2.3 聚合物产品的合成
• 2.2.4 聚合物产品的纯化
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 反应时间的影响
• 2.3.2 反应温度的影响
• 2.3.3 单体总浓度的影响
• 2.3.4 AMPS加量的影响
• 2.3.5 DMDAAC加量的影响
• 2.3.6 MA加量的影响
• 2.3.7 引发剂用量的影响
• 2.3.8 最佳合成反应条件的确定
• 2.4 产品的表征
• 2.4.1 产品分子量的表征
• 2.4.2 聚合物产品结构的红外光谱分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 成膜降失水剂的性能评价
• 3.1 所用实验仪器及药品
• 3.2 成膜降失水剂的成膜效能
• 3.2.1 成膜降失水剂的抑制性能
• 3.2.2 成膜降失水剂改善膜的理想性能
• 3.2.3 温度对产品成膜质量影响及在基浆中性能评价
• 3.2.4 盐对产品成膜质量影响及在基浆中性能评价
• 3.2.5 聚合物型成膜降失水剂的成膜质量总结
• 3.3 成膜降失水剂的其他性能
• 3.3.1 成膜降失水剂的溶解性能
• 3.3.2 成膜降失水剂的热稳定性
• 3.3.3 成膜降失水剂的抗盐析抗钙析性能
• 3.3.4 成膜降失水剂的配伍性能
• 3.3.5 成膜降失水剂在钻井液中的性能以及成膜效能
• 3.4 本章小结
• 第4章 结论与建议
• 4.1 结论
• 4.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果