抗温耐盐共聚物降滤失剂及抑制剂的合成与性能研究

【摘要】随着对油气资源的勘探开发不断向深部地层发展,作为水基钻井液体系关键组成部分的处理剂面临着高温与盐钙侵入的严峻考验,研制与开发抗温耐盐钙性能优异的水基钻井液处理剂一直以来都是我国油田化学领域所面临的重大课题。本文依据分子结构设计理论,结合现有抗温耐盐处理剂的结构特点,选择以N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)及二甲基二乙烯基氯化铵(DMDAAC)为反应单体,以过硫酸铵和亚硫酸氢钠为引发剂,纯水为反应溶剂,通过自由基共聚,合成了基于DMAA/AMPS/DMDAAC/NVP的两性离子共聚物降滤失剂PDADS;以N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、二甲基二乙烯基氯化铵(DMDAAC)和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)为反应单体,以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,采用自由基聚合方式,合成了基于DMAA/DMDAAC/KH-570的有机硅聚胺抑制剂PKDAS。通过对反应体系的pH值、引发剂用量、单体浓度、单体配比、反应温度、反应时间等反应条件的优化,分别确定了制备PDADS与PKDAS的最优反应条件。综合运用红外光谱分析(FTIR)、热重分析(TGA)、凝胶色谱(GPC)等手段对PADMS和PKDAS进行了表征分析,结果证明所合成产物的元素组成及分子结构均符合目标预期,其分子量大小适中,分子量分布亦较为合理,且均具备良好热稳定性。通过流变和滤失实验,对PDADS的性能进行了评价,结果表明,当PDADS加量为2.0%时,基浆的API滤失量即从加入前的28.0mL降至6.0mL,且流变性得到改善,在此加量下的复合盐水基浆体系(其中NaCl加量为5.0%、CaCl2加量为0.8%),经220℃高温老化16h后依旧可维持较低滤失量,证明PDADS具备优异的抗温抗盐钙降滤失性能,与JT-888、SPNC间的对比试验亦证明了这一点。通过对膨润土和钻屑的抑制性试验,对PKDAS的抑制性能进行了评价,结果表明,当PKDAS加量为1.0%时,即可有效抑制膨润土及钻屑的分散造浆。通过对比试验,发现经220℃老化16h后,PKDAS的抑制性能远优于FA-367和NH-1,证明其具备良好的抗高温抑制性能。借助扫描电镜(ESEM)、激光粒度分布仪、Zeta电位分析仪和X射线衍射仪(XRD)等仪器,通过分析PDADS与PKDAS在水溶液与钻井液体系中的微观形貌,两者对体系所形成滤饼的形貌、粒度分布及颗粒Zeta电位的影响,对两种处理剂各自的作用机理进行了深入研究。研究表明,降滤失剂PDADS的加入增强了黏土颗粒的水化分散能力,形成对微细颗粒的护胶作用进而阻止其碰撞聚结,有利于体系通过颗粒间的紧密堆积形成致密滤饼,从而实现降低滤失量的目的；抑制剂PKDAS的加入可降低黏土颗粒的Zeta电位,增大其聚结概率,并通过对后者的包被作用,在黏土颗粒外围形成共聚物的致密包被层,阻滞水分子侵入颗粒层间距,并抑制其层间距扩大,加之PKDAS大分子通过桥联作用所形成的超分子体系对被机械搅拌作用所拆散的黏土颗粒起到稳定作用,使其不易分散运移,在上述多种效应的共同作用下,PKDAS对黏土矿物的水化造浆有着显著抑制作用。在所制备的降滤失剂PDADS与抑制剂PKDAS的基础上,通过室内实验,确定了一套抗温耐盐钙性能突出,并适用于深井、超深井钻井作业的水基钻井液体系。
【作者】罗霄；
【导师】蒲晓林；
【作者基本信息】西南石油大学，油气井工程，2014，博士
【关键词】抗温耐盐；降滤失剂；抑制剂；有机硅；机理研究；深井水基钻井液体系；

【参考文献】
[1]陶亢任超.高职矿山机电专业《矿山固定机械使用与维护》课程说课[J].中国电子商情(基础电子).
[2]赵鸿才,韩启诚,郑宝臣.惯性圆锥破碎机在玻璃砂加工工艺中的应用研究[J].有色金属(选矿部分).1996(04)
[3]赵金晓.天鼓冲剂对噪声性听损伤防治作用的实验研究[D].浙江中医学院,中医五官科学,2003,硕士.
[4]李威.比较视野中的纪录片研究[D].苏州大学,传播学,2003,硕士.
[5]张树平.多级非线性双质量飞轮研究及分析[D].重庆大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[6]胡鹏.中国食品安全合作规制问题研究[D].西南政法大学,行政管理,2012,硕士.
[7]王立波.卟啉敏化钛酸盐纳米管的制备及其性能研究[D].浙江理工大学,应用化学,2012,硕士.
[8]吴鹏.纳米导电陶瓷楔改善石墨烯载Pt催化剂的氧还原活性[D].武汉理工大学,2014.
[9]宋娟.吡啶基类衍生配体及其过渡/稀土金属配合物的合成、晶体结构及性质研究[D].西北大学,材料化学,2014,博士.
[10]胡湘娟,杨毅,曾贤东.嵌入式数码相机的设计与实现[J].计算技术与自动化,2014,03:101-104.
[11]李俊英.大豆PKS4基因及其启动子的克隆、表达载体构建及植物转化[D].吉林农业大学,生物化学与分子生物学,2012,硕士.
[12]章大海.着装过程热湿舒适性的仿真研究[D].青岛大学,纺织工程,2004,硕士.
[13]孙艳军.幂律流体在圆形管道中的电渗流动及热传导[D].内蒙古大学,数学,2013,硕士.
[14]张伟光.云管理模式在零售行业运营的实践与应用[D].首都经济贸易大学,产业经济学,2014,硕士.
[15]王云峰.基于EPE模型的提升低碳能源价格市场竞争力的政策选择研究[D].浙江工业大学,科学技术哲学,2012,硕士.
[16]董哲仁,周怀东,李文奇.受损水体修复的生态工程研究与示范[J].中国水利.2004(22)
[17]马越.高等院校管理权与大学生权利冲突及解决[D].苏州大学,法律,2012,硕士.
[18]龚炳铮.国际自控联(IFAC)第十一届世界大会[J].自动化学报,1991,01:121.
[19]单丹.美术对审美能力的培养研究[D].辽宁师范大学,美术学,2012,硕士.
[20]戴哲峰.316L不锈钢在复杂介质环境中的应力腐蚀试验研究[D].浙江工业大学,2009.
[21]熊欢.论缺陷产品及其归责原则[J].经济研究导刊,2014,08:287-288.
[22]李德春.一个含油气薄互砂层实例的频率特征[J].石油地球物理勘探,1991,03:404-405+408.
[23]蒋鹏.针刺拮抗肌相应穴位结合BOBATH疗法治疗偏瘫痉挛状态的临床观察[D].黑龙江中医药大学,针灸推拿（专业学位）,2013,硕士.
[24]董瑞春.采煤机螺旋滚筒煤岩石截割的数值模拟技术研究[D].辽宁工程技术大学,机械制造及其自动化,2012,硕士.
[25]刘云.多壁碳纳米管/铁氧化物复合材料的制备和应用研究[D].河南大学,2011.
[26]熊子伟.对十七年民主政治建设历程的回顾及思考[D].湖南师范大学,中共党史,2004,硕士.
[27]杨雅男.朱熹的蒙学与哲学[D].天津大学,中国哲学,2013,硕士.
[28]王忺.混凝吸附强化分离浓缩生活污水[D].合肥工业大学,环境工程（专业学位）,2014,硕士.
[29]裘管福.自动抄表系统技术进展[J].城市公用事业.1999(04)
[30]刘微.中国上市公司发展的特征分析[D].合肥工业大学,信息管理与信息系统,2013,硕士.
[31]余燕丽.温度与杀虫剂双胁迫对褐飞虱生长发育及繁殖的影响[D].扬州大学,农业昆虫与害虫防治,2012,硕士.
[32]张红旭,徐丽华,赵建光.宝钢原料场混匀堆积管理系统[J].冶金自动化,1999,01:11-13.
[33]伍纯.基于心理契约的C卷烟厂知识型员工激励体系设计[D].武汉科技大学,工商管理,2012,硕士.
[34]赵振宁.电动客车控制器设计及控制策略研究[D].哈尔滨理工大学,车辆工程,2013,硕士.
[35]黄茜.经济型酒店顾客重复购买行为影响因素实证研究[D].湖北大学,旅游管理,2011,硕士.
[36]张睿.基于米勒循环的摆盘式柴油机热力学研究[D].中北大学,动力机械及工程,2013,硕士.
[37]赵莹.论离异家庭中未成年人权益的保护[D].大连海事大学,法律,2013,硕士.
[38]刘肇璞.某酒店项目的市场与财务分析[D].天津大学,项目管理,2013,硕士.
[39]牛艳宁.网络流量的新模型研究[D].北京交通大学,2014.
[40]周子龙.转移相关蛋白ATP5B的鉴定及其在PC3M细胞中的表达及定位[D].吉林大学,病理学与病理生理学,2014,硕士.
[41]何特.石墨烯合成工艺与GR/环氧树脂复合材料的性能研究[D].南昌航空大学,材料工程（专业学位）,2012,硕士.
[42]朱明亮,刘湘平.铜坑矿91号矿体的地压研究[J].矿业研究与开发.1999(05)
[43]黄书真.重点高校课堂有效教学现状调查与分析[D].湖南大学,教育学,2010,硕士.
[44]魏优昌.嘧啶氧基苄胺类除草剂的创制研究[D].浙江大学,化学工程,2004,硕士.
[45]周瑞刚.组织特质思想在证券投资中的应用：理论、方法和案例[D].浙江大学,企业管理,2003,硕士.
[46]吴丽萍.‘冬枣’花药培养体系优化和再生植株鉴定研究[D].北京林业大学,林木遗传育种,2013,硕士.
[47]南天伟,毛保华,陈志杰,许奇.基于元胞自动机的城市混合非机动车流特性模拟研究[J].公路交通科技,2014,01:104-109.
[48]赵静.基于HLA/RTI的CRH2列车协同仿真接口网关研究与实现[D].西南交通大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[49]陆邦干.百尺竿头更上—层楼[J].石油地球物理勘探,1990,06:649.
[50]何超.褐铁矿直接还原熔分制备珠铁[D].内蒙古科技大学,动力工程,2014,硕士.