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| 关键词搜索：丙烯酰胺三元共聚物 2-丙烯酰胺基- 2-甲基丙烷磺酸 N-乙烯基 吡咯烷酮 降滤失剂 合成 耐温 能源其他论文 中国论文 硕士毕业论文 |
摘要
为了解决石油开发和地质勘探过程中超深井钻井问题，本文经过对现有耐高温钻井液处理剂性能和结构进行分析，采用分子设计的思路，在水溶液中使用水溶性过氧化物引发单体，进行自由基共聚合，合成了丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠/ N-乙烯基－2－吡咯烷酮（AM/AMPS/NVP ）三元共聚物，用作超深井耐高温钻井液处理剂。合成过程中重点考察了反应时间、引发剂用量、共聚单体配比对共聚反应和共聚物特性粘度的影响。得到以下结果：（1）反应进行4小时以上时，产率就趋于恒定；（2）在实验所用的引发剂用量范围内，引发剂用量在0.1%（相对于单体的重量比）以上时，即有较高的反应产率，而且此用量下所得产品有较高特性粘度，相对分子质量较大；（3）在NVP单体用量不变的条件下，共聚物特性粘度随AMPS用量的增加先上升后下降，AMPS用量为20％时所得共聚物特性粘度最大。
对产品进行元素分析和红外光谱（IR）表征，表明所合成聚合物确系三种单体所组成。热失重和差示扫描量热分析表明，聚合物具有较高的热稳定性。
采用常规钻井液测试手段，考察高温老化前后，各种条件下所得聚合物产品对淡水泥浆和4%盐水泥浆滤失量的影响，最后确定了最佳反应条件为：AM:AMPS:NVP =7:2:1(摩尔比)，单体浓度为20%(w/w),反应温度60℃，保温时间4h,引发剂用量0.10%(占单体重量百分比)，反应介质pH值保持在中性。
采用滚子炉中高温热滚动的方法，对使用此三元聚合物处理的泥浆体系在200°C下老化16小时，考察了其在老化前后的各项性能指标，表明所合成的三元共聚物是一个良好的耐温耐盐降滤失剂。
在200°C高温老化的基础上，使用高温高压反应釜对泥浆进行了250°C 和260°C的高温老化。经此聚合物处理的淡水泥浆在250°C 加热老化16小时前后，滤失量变化不大。4%盐水泥浆中,处理剂加量仅为2%就能将滤失量控制在12.0 ml（250°C老化）和15.8ml（260°C老化）左右。这一结果达到同类处理剂的世界领先水平。
实验发现适量聚乙二醇(PEG500)的加入有助于提高AM/AMPS/NVP 三元共聚物的耐温性，能在保证降滤失性能的基础上大大减少三元聚合物的用量。
研究了高温老化前后，泥浆滤失量和流变参数的变化，测定了对泥浆中粘土粒子的电动电位以及粒度分布的影响。发现室温下和高温老化后，处理剂稳定泥浆的作用机制不同。
室温下，处理剂使泥浆切力和粘度大幅度上升，同时粘土平均粒径和/或粗颗粒的含量有所增加，说明泥浆体系形成了粘土颗粒/聚合物的网架结构，对泥浆产生空间稳定作用，从而使滤失量下降。同时发现粘土粒子ζ电势升高，使粒子间斥力增加，水化能力增强，对滤失量的降低也起到一定作用。
经过高温老化后，泥浆切力和粘度均下降，泥浆中粘土粒子平均粒径较基浆有一定降低，表明AM/AMPS/NVP三元共聚物高温老化后产物对粘土具有一定分散作用。而且粘土粒子电动电势和泥浆体系的滤失量存在线性关系。粘土颗粒ζ电位的提高对细小颗粒具有稳定作用，同时ζ电位的提高使粘土粒子水化能力增强，有利于形成致密、低渗透滤的滤饼。这是高温老化后处理剂还能有效控制泥浆滤失量的主要原因。
论文主题词：丙烯酰胺三元共聚物 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸 N-乙烯基－2－吡咯烷酮 降滤失剂 合成 耐温
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