AMPS_DMAEMA_AM三元共聚物钻井液降滤失剂的研制.pdf

第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:陕西省重点研发计划()作者简介:薛丹()女陕西西安人副教授博士从事油田应用化学方面的研究 电话:.通信作者:张笑()女陕西宝鸡人西安石油大学在读硕士从事降滤失方面的研究 电话:./三元共聚物钻井液降滤失剂的研制薛丹张笑李善建陈亚联史俊(.西安石油大学 化学化工学院陕西 西安.油气田化学陕西省高校工程研究中心陕西 西安.川庆钻探长庆井下技术作业公司陕西 西安)摘 要:以丙烯酰胺、丙烯酰胺甲基丙磺酸和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯为单体过硫酸铵为引发剂采用水溶液聚合法制备了 降滤失剂通过单因素实验对其制备工艺进行了优化并对降滤失剂的耐温耐盐性能进行了探究 结果表明在丙烯酰胺、丙烯酰胺甲基丙磺酸和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯质量比为 .、反应温度为 、反应时间 、过硫酸铵用量为混合单体质量的.的最佳条件下所制备的降滤失剂的降滤失效果最佳抗温达 关键词:降滤失剂抗温抗盐性能钻井液中图分类号:.文献标识码:文章编号:()/(.):.:近年来国内钻井深度逐年加大油气勘探开发不断向深部地层进行普遍超过 井底温度超过 对钻井液的抗温抗盐性提出了更高的要求 降滤失剂作为钻井液处理剂之一也需要具有优秀的抗温抗盐性 目前现场应用中已有降滤失剂主要为磺化酚醛树脂 抗温高达 但抗复合盐效果差且存在环境污染问题将面临被禁止使用使国内抗温抗盐水基钻井液体系面临巨大挑战 开发出一种具有较高抗温能力的降滤失剂成了迫切的技术需要 本文以、和 为单体采用水溶液聚合法制备出一种新型耐温降滤失剂 实验部分.试剂与仪器丙烯酰胺基甲基丙磺酸()工业级丙烯酰胺()、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯()、过硫酸铵、无水乙醇、氢氧化钠、无水碳酸钠均为分析纯钠膨润土等 精密增力电动搅拌机 电子天平 恒温水浴锅 电热恒温鼓风干燥箱 数显高速搅拌机 高速多功能粉碎机 尼高力红外光谱仪/热重分析仪 数字显示黏度计 中压滤失仪.降滤失剂的制备、和 在一定温度下引发剂第 期薛丹等:/三元共聚物钻井液降滤失剂的研制过硫酸铵分解引发产生 种单体自由基接着经历 种链增长 种链终止合成高分子共聚物 称取一定量的 和 加入到去离子水中滴加适量氢氧化钠进行中和调节 为 加入 待溶解后 升温 至 通 氮 气 左右后滴加引发剂反应一段时间后得到凝胶状产物放置 烘箱中烘干并粉碎得到白色粉末状共聚物降滤失剂.基浆配制.淡水基浆在 自来水中加入 (质量分数)膨润土 制取 的淡水泥浆 /高速搅拌下缓慢加入 的 继续搅拌 于室温下密封养护 即得淡水基浆.盐水基浆向 的钠膨润土淡水基浆中加入(质量分数)的 高速搅拌 用烧碱溶液将 调整到 继续高速搅拌 后放置室温下进行养护 得到盐水基浆.表征及性能测试.降滤失性能测试 将所需样品加入基浆中高速搅拌 室温放置 或高温滚动 后再在室温下高速搅拌 用中压滤失仪测定泥浆的滤失量用旋转黏度计测量浆液的流变性.表征 取粉碎后的白色粉末状高分子共聚物和溴化钾保持 的比例混合使用压片器对混合物压片压片保持厚度均匀采用尼高力红外光谱仪对压片进行红外光谱分析 光谱范围为 .测定在氮气气氛下以 /的速率从室温升温至 对产物进行测试分析 结果与讨论.合成条件的优化共聚物降滤失剂的性能与其合成条件密切相关 影响共聚物性能的主要因素有单体配比、反应温度、引发剂用量、反应时间 评价标准为合成产物的基料浆在各种温度下老化不同时间后的滤失量.单体配比将聚合物单体的总质量分数固定为 引发剂过硫酸铵的用量固定为单体质量的.用氢氧化钾水溶液调节体系 占总体系的.在此基础上改变 和 的质量配比合成出一系列高分子共聚物将得到的高分子共聚物降滤失剂加入到淡水基浆中通过滤失量变化来探究反应单体配比对共聚物在淡水基浆中滤失性能的影响结果见图 图 单体配比对共聚物在淡水基浆中滤失性能的影响.由图 可知随着单体丙烯酰胺占比的增加 滤失量先减少后增加单体配比为 .时降滤失效果最佳 仅有.聚合物分子结构中吸附基团和水化基团影响聚合物与黏土颗粒的吸附与水化性能 中酰胺基团与黏土之间形成氢键吸附 带有磺酸基团能与黏土表面形成水化膜增加黏土表面的电负性从而提高黏土颗粒的稳定性使黏土颗粒能够更好地分散在水中 经过滤失从而形成致密胶质泥饼由图 可知 用量超过 再增加用量滤失量增大 主要是因为 基团较大位阻效应较大当含量过高时会使聚合物相对分子质量降低增大滤失量 而单体丙烯酰胺量增大时滤失量先减小后增大是因单体丙烯酰胺中的氮原子上存在非共用电子对有助于泥饼的吸附性加强封堵但丙烯酰胺属于非离子型基团单体中丙烯酰胺含量占比过多降滤失剂的控制滤失性能反而降低 确定最佳比例为 .反应温度只改变反应温度其他条件见.节合成出一系列高分子共聚物分别加入淡水基浆中通过滤失量变化来探究反应温度对共聚物在淡水基浆中滤失性能的影响结果见图 图 反应温度对共聚物在淡水基浆中滤失性能的影响.由图 可知随着温度的升高滤失量先缓慢减少再缓慢增加 在反应温度为 时滤失量最佳为.说明在降滤失剂的聚合过程中温应用化工第 卷度过高或过低都不利于对泥浆滤失量的控制 反应温度过低时引发剂诱导反应的时间增加诱导产生的自由基相对较少导致整个反应的速率变慢使反应无法充分进行单体聚合程度变低得到的滤失效果不佳反应温度升高时引发剂的分解速率加快在单位时间内迅速产生大量的自由基反应速率加快单体反应完全能够使其降滤失性能充分体现温度再高时单位时间内产生的自由基过多反应太过迅速可能引起爆聚使反应无法控制导致滤失性能下降 因此最佳的反应温度为 .引发剂用量只改变引发剂用量其他条件见.节合成出一系列高分子共聚物分别加入淡水基浆中通过滤失量变化来探究引发剂用量对共聚物在淡水基浆中滤失性能的影响结果见图 图 引发剂用量对共聚物在淡水基浆中滤失性能的影响.由图 可知滤失量随引发剂加量的增加先降低至最低点后又升高 在引发剂用量为.时降滤失效果最佳 滤失量仅.单体之间的共聚需要引发剂来促使其反应 引发剂的用量对反应中自由基数量的产生起着决定性作用反应过程中引发剂的用量过少反应的诱导期偏长整体反应速率变慢使反应不能充分进行影响产物的降滤失效果加大引发剂的用量被引发的自由基数量相应增加整体反应速率加快反应能够充分进行单体的共聚效率提高产物降滤失的效果也会提升若所加的引发剂过量导致整个反应的速率迅速加快无法通过加量来控制链引发和链增长的速度得到的产物会偏离实验设计的设想 因此最佳引发剂用量为.反应时间只改变反应时间其他条件见.节合成出一系列高分子共聚物分别加入淡水基浆中通过滤失量变化来探究反应时间对共聚物在淡水基浆中滤失性能的影响结果见图 由图 可知刚开始几小时时该高分子共聚物反应并未进行完全得到的聚合物的分子量较小包裹水分子的网络不够致密部分水分会遗漏使得滤失量增大反应时间超过 后淡水基浆的滤失量基本没有大幅度的变化趋于稳定聚合反应中的单体自由基得到充分地反应反应基本进行完毕 继续增加时间滤失量的变化不大 所以最佳的反应时间为 图 反应时间对共聚物在淡水基浆中滤失性能的影响.共聚物的性能评价及表征.红外光谱对共聚物结构的分析为了验证 种单体的共聚对 质量比为 .的产物进行红外光谱分析结果见图 图 为 .聚合物的红外光谱图.由图 可知.和 分别为 和 的伸缩振动.为 键的不对称振动说明有 .为酰胺基中的 键的伸缩振动.和.分别为酰胺基中 键和 键的伸缩和弯曲振动说明有酰胺基 为 的伸缩振动说明有酯基 证明合成的产物为/三元共聚物.热失重分析由图 可知在加热的过程中在温度 小 于 时 质 量 分 数 只 减 少 了.下降缓慢进行一些少量未烘干的水分如结合水开始散失接着温度升高下降趋势加快随着温度升高共聚物开始了热降解一些链段开始断裂聚合物的结构遭到破坏 当温度在 以下时聚合物的质量分数仍然能够在 以上说第 期薛丹等:/三元共聚物钻井液降滤失剂的研制明共聚物 具有良好的热稳定性图 共聚物 曲线.聚合物加量实验在最优实验条件下合成降滤失剂并将其加入 盐水基浆中测定降滤失剂在基浆中的滤失性能结果见表 表 加入 之后降滤失量的变化及泥饼厚度 加量/泥饼厚度/.由表 可知随着加量增大滤失量变小 加入.的滤失量低至.且泥饼厚度小但是浆液流动性差加入.的滤失量为.泥饼厚度相对.的大但浆液流动性好表明 适度加量对降滤失和护井效果显著.聚合物抗温性能在 钠土 盐水水基浆中加入.的降滤失剂高速搅拌 测常温下的钻井液性能 在不同温度下老化 降温后取出高速搅拌 测定老化后的钻井液性能评价降滤失剂在盐水基浆中的抗温性能结果见表 表 加入.基浆在不同温度老化 后的抗温性 .老化温度/.由表 可知随着温度升高滤失量逐渐增大老 化 温 度 为 时 高 温 高 压 滤 失 量 为.仍保持良好的降滤失效果同时钻井液的黏切等流变性变化较小 这是由于该聚合物分子是以碳碳键为主链其键能高在高温下具有良好的稳定性不易受高温的作用而断裂 且其侧链有键能高、稳定性好的、等结构提高侧链上官能团在高温环境中的稳定性.降滤失作用机理分析结合图 丙烯酰胺易聚合在聚合物主链中可起到骨架作用提高稳定性使分子量增大黏度上升侧基酰胺基与水分子产生氢键减少滤失量阴离子 聚合性能好对黏土吸附极强大量的磺酸基团可以在泥饼表面形成牢固的水化膜减缓水分子进入泥饼减少滤失量且磺酸根离子与黏土中的阳离子相互结合游离的氢离子与黏土离子之间手拉手相互形成桥联缩小毛细孔径 的引入能够增大分子氢键密度从而增强共聚物刚性提高降滤失剂 的耐温性和抗盐性 对于以 为主链的 中引入 的大侧基结构后分子链内卷曲受阻 链刚性增强和空间位阻效应可阻止阳离子进入水基中并提高断链的活化能从而进一步提高聚合物的抗盐、抗温能力图 降滤失剂的作用机理.结论()采用水溶液聚合法通过对滤失量的检测得到降滤失剂 的最佳合成反应条件:单体配比质量比为 .反应温度为 反应时间为 引发剂过硫酸铵的用量为单体加量的.()聚合物加量实验表明该聚合物对盐水基浆有较好的降失水性和提黏能力在 的盐水基浆中聚合物加量为.时降滤失达到.抗盐实验表明在盐水基浆中降滤失剂的降滤失性能稳定具有良好的抗盐性能 在抗高温实验中该降滤失剂可在 时仍保持.的滤失量表明该降滤失剂具有较好的抗高温性能(下转第 页)第 期张国辉等:电催化氧化法处理渣场渗滤液废水的研究理油田采出水实验研究.水处理技术():.王梦芸黄亚宁赵圣豪等.电解法处理罗丹明 生产废水的工艺及机制研究.北京化工大学学报(自然科学版)():.崔丽许涛李虹翰等.混凝电催化氧化深度处理垃圾渗滤液.沈阳工业大学学报():.戴昕李荣泽李钦钦等.三维电催化氧化及其组合工艺处理村镇垃圾中转站渗滤液的研究.现代化工():.刘珊宋爽朱唯等.电化学氧化法预处理垃圾渗滤液的研究.应用化工():.黄琳琳李姗姗刘峻峰等.电催化氧化/处理养牛场废水的效能研究.中国给水排水():.武宇鹏房慧刘潇冉等.电催化氧化处理脱硫废水 的试验研究.工业水处理():.郝兆文贾瑛殷立峰等.电催化氧化法降解偏二甲肼废水研究.应用化工():.杨振兴谢文玉李德豪等.适用于高氯氨氮废水电催化处理的 电极合成表征及性能评价.环境工程():.田入婷李凡修杨逸等./电极电催化氧化降解聚丙烯酰胺废水.化学与生物工程():.程宇婕冯启言李向东等.电絮凝微滤技术应用于给水处理的实验研究.能源环境保护():.崔丽黄开拓李丹等.电催化氧化法处理抗生素制药废水的实验研究.环境保护与循环经济():.():.韩红桂张家昌伍小龙等.多尺度数据驱动的石化污水可生化性评价.控制工程():.王车礼张登庆陈毅忠等.电絮凝过程电流密度与电压关系研究.工业水处理():.(上接第 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