PAAHD两性离子共聚物钻井液降滤失剂的合成及性能研究

来源 :西南石油大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rockegg2009
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随着油气向深井、超深井的开发,其工作液的重点放在深部地层高温高矿化度环境下高适用性处理剂的开发工作中,而降滤失剂在钻井液中较高的使用频率,也证明其是钻井液的关键一环。针对这一情况,本文设计并制备了一种新型两性离子共聚物作为抗温耐盐的钻井液用降滤失剂。以1-乙烯基咪唑和3-氯-2-羟基丙磺酸钠为原料,通过产率为评价标准的正交实验,合成了 一种新型单体3-(2-羟丙基磺酸基)-1-乙烯基咪唑(VHS)。将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、VHS与二甲基二烯丙基氯化铵通过自由基水溶液聚合法制备了一种两性离子共聚物PAAHD。以1.5wt%PAAHD的淡水基浆常温中压滤失量为评价标准的单因素实验,得出最优的合成条件。采用FTIR和1HNMR对PAAHD的结构进行表征,证明了其分子结构与目标一致。通过乌氏粘度计法与凝胶渗透色谱法(GPC)得出PAAHD的特性黏数为77.80 mL/g,分子量分布主要在4981 g/mol到925251 g/mol之间。热稳定性分析实验得出,PAAHD的热分解温度为331℃,且在该温度下质量保留率可维持在84%以上。性能评价实验表明,PAAHD在淡水基浆、盐水基浆及复合盐水基浆的最优加量为1.75%。在该加量体系下,200℃老化后滤失量仅为19.0 mL;当向该体系中加入36%NaCl后,滤失量为5.3 mL;加入1.0%CaCl2后,滤失量为6.8 mL,并且可明显改善体系的流变性能,表明PAAHD优异的抗高温耐盐能力。由抑制性实验得出,在最优条件下的PAAHD淡水基浆中,可使页岩的一次回收率为74.20%,说明PAAHD还具有抑制性。复配和适应性实验表明,与6种常用降滤失剂相比,PAAHD表现出了更优异的降滤失性,在180℃老化16小时的条件下API滤失量仅为14.2 mL,同比API滤失量最多的CMC-LV可降低86.56%。PAAHD与JT-888复配后的API滤失量为18.7 mL,与HL-60复配后的API滤失量为28.5 mL,与SMP-2复配后的API滤失量为18.7 mL,表明JT-888、SMP-2和HL-60可与PAAHD产生协同增效作用,且加入重钙与轻钙复配使用后具有更强的抗温能力,配方为:0.25%重钙+0.5%轻钙+0.5%PAAHD+0.5%SMP-2。常用的3种钻井液体系中,PAAHD都具有良好的适应性,通过对比替换实验,均证明PAAHD有更好的降滤失及流变性能。通过SEM、粒度分析和X-射线衍射研究了 PAAHD的微观机理。SEM显示,PAAHD的加入使滤饼的表面变得更加均匀且致密。粒度分析实验表明,PAAHD会让0.1 μm~1μm之间的黏土颗粒增多,颗粒分配更合理化。X-射线衍射实验证明,PAAHD可以通过降低黏土的晶层间距,来提高抑制性。
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