【摘 要】
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钻井液是钻井中常用的工作液,其中油基钻井液凭借着优异的耐温性、润滑性被广泛应用在深井、超深井等高温高压钻井工程中。但是目前国内油基钻井液的关键助剂存在许多问题和短板。如乳化剂高温下易降解且加量大,增粘提切聚合物在国内的研究和报道较少,缺乏实际应用的产品。这些问题制约了油基钻井液的使用和发展。基于此,本论文通过分子结构的设计,采用不同的改性剂对聚马来酸酐/直链α-烯烃交替共聚物进行修饰,制备了含叔胺
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钻井液是钻井中常用的工作液,其中油基钻井液凭借着优异的耐温性、润滑性被广泛应用在深井、超深井等高温高压钻井工程中。但是目前国内油基钻井液的关键助剂存在许多问题和短板。如乳化剂高温下易降解且加量大,增粘提切聚合物在国内的研究和报道较少,缺乏实际应用的产品。这些问题制约了油基钻井液的使用和发展。基于此,本论文通过分子结构的设计,采用不同的改性剂对聚马来酸酐/直链α-烯烃交替共聚物进行修饰,制备了含叔胺结构的油溶性高分子乳化剂、甜菜碱型高分子乳化剂和油基钻井液增粘提切聚合物,并从结构表征、性质研究和和应用评价等方面进行了探究。(1)以马来酸酐和不同烷基的直链α-烯烃为单体,通过自由基聚合得到一系列交替共聚物,用N,N二甲基乙二胺对其进行修饰,形成了烷基链和叔胺基团交替排列的共聚物乳化剂。通过红外光谱、核磁共振、元素分析和静态光散射表征了共聚物的分子结构和分子量;通过静置观察法、光学显微镜和破乳电压评价了共聚物的乳化性能,同时探究了共聚物应用于油基钻井液中的流变性能。结果表明交替排列的分子结构不仅带来了较高的界面活性和乳化性能,而且叔胺基团的引入,增强了聚合物的耐温耐盐性。优选出GPM-16的乳液,232℃热滚16 h,静置6 h保持着98%的稳定率,破乳电压超过400 V,在油基钻井液中有着稳定的流变性,具有较好的应用前景。(2)将上述得到的烷基链和叔胺基团交替排列的共聚物,采用氯乙酸钠进行季铵化反应,得到了一系列不同烷基的甜菜碱型高分子乳化剂。采用表面张力仪和界面张力仪测试了表界面活性;通过紫外分光光度计、Zeta电位和粘度计表征了共聚物的溶液性质;采用静置观察法和光学显微镜评价了乳化性能。结果发现乳化剂有着较高的表界面活性和良好的两亲性,而且烷基链长的不同对溶液性质以及乳化效果呈现出明显差异。其中SPM-16乳液在90℃热滚16 h,静置2 h保持着95%的稳定率,表现出了较强的乳化性能。(3)采用二乙醇胺、乙醇胺和异丙醇胺对马来酸酐和1-十四烯聚合后的交替共聚物进行修饰,得到了三组具有不同比例极性基团的增粘提切聚合物。通过破乳电压测试仪、静置观察法和光学显微镜评价了聚合物复配Span 80的乳液稳定性;通过测试乳液和加重乳液的流变性能,探索了聚合物在无固相油基泥浆体系中的增粘提切效果。结果表明适量极性基团的引入,能提高乳液的稳定性且在乳液中发挥增粘提切的作用。其中当聚合物与二乙醇胺的改性比例为1:1.5时,在乳液和加重乳液中能起到较强的增粘提切作用。
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