耐高溫聚合物鉆井液降濾失劑的合成及作用機理研究.pdf

1、為了提高目前油氣勘探開發(fā)中使用的深井水基鉆井液的耐高溫性能，解決水基鉆井液的高溫不穩(wěn)定難題，本文通過大量的文獻研究分析，選擇了通過提高水基鉆井液處理劑的耐溫耐鹽性能，從而提高水基鉆井液的高溫穩(wěn)定性的方法，采用分子結構設計的理論，通過對耐溫性單體的優(yōu)選，利用水溶液自由基共聚合方法，使用過硫酸鉀作為引發(fā)劑、乙二胺四乙酸二鈉鹽(EDTA)作為絡合劑，合成了2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉/N，N-二甲基丙烯酰胺/N-乙烯吡咯烷酮(AMPS/D

2、MAM/NVP)三元共聚物，作為高溫水基鉆井液降濾失劑，對高溫水基鉆井液具有很好的降濾失及高溫穩(wěn)定作用。 一、AMPS/DMAM/NVP三元共聚物的合成與表征 AMPS/DMAMINVP三元共聚物的水溶液自由基共聚合實驗采用四因素三水平正交實驗方法，得到了最佳反應條件：絡合劑EDTA用量0.1w.t.％(占總的單體質量分數(shù))、單體配比AMPS:DMAM:NVP=3:6:1(摩爾比)、引發(fā)劑KPS用量0.2w.t.％(占總

3、的單體質量分數(shù))、反應溫度75℃。并對合成的三元共聚物進行了分子結構、分子量、熱穩(wěn)定性等方面的表征，紅外光譜表征證明了三元共聚物中各單體的存在以及各單體發(fā)生了共聚合反應；元素分析結果表明AMPS、DMAM兩種單體反應活性較大，在三元共聚物中所占百分比較大；根據特性粘度表征結果，得到了三元共聚物的相對分子量大約為77.14萬；TGA分析及特性粘度保留率表征方法表明三元共聚物具有較好的熱穩(wěn)定性能。 二、AMPS/DMAM/NVP三元

4、共聚物在粘土顆粒表面的吸附以及對粘土分散體系流變性的影響 為了解釋三元共聚物對水基鉆井液的高溫穩(wěn)定機理，研究了三元共聚物在粘土顆粒表面的吸附行為，并以流變實驗方法研究了三元共聚物的吸附對粘土顆粒間相互作用的影響。結果表明，三元共聚物在粘土顆粒表面發(fā)生了吸附，且吸附量隨共聚物濃度的增加而增加，然后達到吸附平臺；電解質的加入有利于吸附量的增加，并且雙價金屬離子的影響大于單價金屬離子；此外，溫度的升高不利于吸附的進行，吸附量降低。流變

5、實驗表明，共聚物水溶液流變曲線呈冪率流變模式，共聚物．粘土分散體系流變曲線呈Herschel-Bulkely流變模式，且共聚物對粘土分散體系具有很好的增粘作用；振蕩實驗表明，共聚物的加入增加了體系的粘性模量，而對體系的彈性模量貢獻不大。電解質對各種體系的彈性及粘性性質均有明顯的影響，而且雙價金屬離子的影響大于單價金屬離子。 三、AMPS/DMAM/NVP三元共聚物對泥漿的高溫穩(wěn)定及降濾失作用及作用機理分析 為了考察三元共

6、聚物對泥漿的高溫降濾失及穩(wěn)定作用，200℃老化16h條件下，實驗研究了三元共聚物對4w.t.％淡水泥漿、4w.t.％鹽水泥漿的高溫降濾失效果，并通過粒徑分布、zeta電勢等實驗手段對其作用機理進行了分析。對于4w.t.％淡水泥漿，共聚物具有很好的降濾失和高溫穩(wěn)定作用，共聚物通過在粘土顆粒表面的吸附以及共聚物本身的疏水作用，對粘土顆粒起到靜電和空間穩(wěn)定作用，使粘土顆粒保持較好的粒徑分布匹配，因此可以形成滲透率低的泥餅；再者，共聚物的增粘作

7、用、物理堵塞作用等，都有利于濾失量的降低。對于4w.t.％鹽水泥漿，共聚物濃度需要達到一定的濃度才能起到很好的降濾失效果，作用機理主要是：通過對粘土顆粒的空間和靜電穩(wěn)定作用使粘土顆粒保持較好的粒徑分布匹配，以及共聚物的物理堵塞作用等。而對于共聚物本身的耐溫耐鹽性能，文中從分子結構的角度加以解釋。 四、AMPS/DMAM/NVP三元共聚物對泥漿的高溫降濾失性能對比評價 實驗選取了進口樣品Driscal D降濾失劑作為對比處

8、理劑，考察了200℃老化16h條件下AMPS/DMAM/NVP三元共聚物、Driscal D對各種類型泥漿的降濾失效果。結果表明三元共聚物對淡水泥漿、4w.t.％鹽水泥漿、復合鹽水泥漿及人工海水泥漿b的降濾失效果均優(yōu)于Driscal D，說明在該相同條件下，三元共聚物具有更好的耐溫、耐鹽、抗鈣鎂離子污染能力，而對人工海水a的降濾失效果略低于Driscal D，說明三元共聚物更適用于較低膨潤土含量的泥漿。此外，240℃老化16h條件下考察