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超支化聚合物是一种具有高度分支拓扑结构的树枝状聚合物。因其独特的三维球状结构、表面富集大量的端基使其具有较高的反应活性和较高的吸附能力,同时具有高溶解度、低粘度以及合成操作简单的特点,在涂料、生物医药、生命科学、化妆品、纳米材料以及石油工程等领域都有广泛的研究应用。但在石油工程领域作为泥页岩抑制剂和微孔隙封堵剂的研究未见报道。本文研究端氨基超支化聚合物(HP-NH2)和端季铵盐超支化聚合物(HP-HTC)两种阳离子超支化聚合物的制备,并将其应用于页岩气钻井液-钾钙基聚磺润滑钻井液,以强化该钻井液体系对泥页岩的抑制性和对微孔隙的封堵性。本文以丁二酸酐和二乙烯三胺为原料,四氢呋喃为溶剂,合成了一种以胺基为端基的阳离子型超支化聚合物(HP-NH2),然后以环氧丙基三甲基氯化铵对HP-NH2端基进行改性得到了以季铵盐为端基的阳离子超支化聚合物(HP-HTC)。采用FT-IR红外光谱、TOF LC/MS、1H-NMR、TGA、GPC以及SEM等对单体和超支化聚合物进行结构和性能表征。结果表明AB2单体、HP-NH2以HP-HTC真实被合成。以线性膨胀实验、页岩滚动回收实验、抑制造浆实验以及沉降实验测试了 HP-NH2和HP-HTC的抑制能力,实验结果证明HP-NH2和HP-HTC对粘土的水化分散和水化膨胀有良好的抑制性能,且其抑制性随着端基质量摩尔浓度的增加而增加。其中3%HP-NH2(N=4.77mol/kg)和3%HP-HTC(C=3.89 mol/kg)的线性膨胀率分别为26.9%和22.4%,页岩滚动回收率分别为71.14%和73.03%。以压力传递实验、渗流实验以及API滤失实验测试了 HP-NH2和HP-HTC的封堵能力,实验结果证明HP-NH2和HP-HTC对纳米孔隙以及低渗透岩心有着良好的封堵能力,且其封堵性随着端基质量摩尔浓度的增加而增加。其中API滤失实验表明3%HP-NH2(N=4.77mol/kg)和3%HP-HTC(C=3.889mol/kg)以有效降低滤失量,且其滤失量均约为基浆的50%,同时证明阳离子超支化聚合物不是通过增加滤液粘度来起降滤失作用。本文通过FT-IR光谱测试、XRD测试、Zeta电位测试以及激光粒度分析了 HP-NH2和HP-HTC对粘土水化分散和水化膨胀的抑制机理。分析得到HP-NH2和HP-HTC是通过降低或反转粘土表面Zeta电位、压缩扩散双电层来抑制粘土的水化分散,通过进入粘土层间,置换水化阳离子,且在粘土表面形成水化膜来抑制粘土的水化膨胀。以SEM测试初步分析了 HP-NH2和 HP-HTC的封堵机理,结果表明其可以参与泥饼的形成,封堵泥饼微孔隙来降低滤失量。最后研究了 HP-NH2和HP-HTC加入页岩气钻井液-钾钙基聚磺润滑钻井液后其流变性、抑制性和封堵性的变化。结果表明,在该钻井液体系中HP-NH2和HP-HTC的最佳加量为3%,其动塑比分别为0.36和0.37,且研究表明HP-NH2和HP-HTC的加入对该钻井液体系的抑制性和封堵性有极大的强化,其中HP-NH2对抑制性的强化弱于HP-HTC,对封堵性的强化则强于HP-HTC。