【摘 要】
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聚丙烯酰胺广泛应用于石油开采、各类废水处理等行业,尤其在钻井液、压裂液、聚合物驱等方面有较广泛的应用。采用溶胶凝胶法制备不同粒径的纳米SiO2,使用乙烯基三乙氧基硅烷对SiO2表面进行改性,以SiO2为核,通过水溶液聚合法制备了P（SiO2/AM/AMPS）,反相乳液聚合法制备了P（SiO2/AM/DMDAAC）、P（SiO2/AM/DMDAAC/DMC）三种具有无机交联结构的絮凝剂。采用红外（F
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聚丙烯酰胺广泛应用于石油开采、各类废水处理等行业,尤其在钻井液、压裂液、聚合物驱等方面有较广泛的应用。采用溶胶凝胶法制备不同粒径的纳米SiO2,使用乙烯基三乙氧基硅烷对SiO2表面进行改性,以SiO2为核,通过水溶液聚合法制备了P（SiO2/AM/AMPS）,反相乳液聚合法制备了P（SiO2/AM/DMDAAC）、P（SiO2/AM/DMDAAC/DMC）三种具有无机交联结构的絮凝剂。采用红外（FTIR）、热失重（TG）、核磁共振氢谱（H-NMR）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、表面张力仪等仪器对产品进行了分析与表征,分析了单体质量分数、引发剂量、油水质量比、乳化剂HLB值、反应温度等因素对聚合反应的影响。将合成的絮凝剂进行优选并配制成钻井液,使用旋转粘度计、激光粒度仪、极压润滑仪、泥饼粘滞系数测定仪、泥饼粘附系数测定仪对钻井液的流变性、滤失性、润滑性、有害固相控制、抗盐、抗温、耐剪切、抗老化等性能进行了评价。FTIR、H-NMR等表征结果确定产品为目标产品,研究确定P（SiO2/AM/AMPS）最佳合成条件为:单体质量分数为30%,反应温度为50℃,p H为8.5-9。P（SiO2/AM/DMDAAC）最佳合成条件:正己烷、吐温-80、正戊醇、司盘-80组成的质量比为15:9:6:1.5,SiO2为单体质量的0.7%,油水质量比1:1,反应温度为60℃,反应时间为4 h,SiO2加量占单体质量比0.9%。确定P（SiO2/AM/DMDAAC/DMC）最佳合成条件:单体质量比为4.5:1.5:1.5,反应温度为55℃,反应时间4 h,SiO2的引入提高了P（SiO2/AM/DMDAAC/DMC）的吸附能力,并确定了P（SiO2/AM/DMDAAC/DMC）的临界缔合浓度（CAC）为1 g/L。产品的性能评价结果为,P（SiO2/AM/DMDAAC）、P（SiO2/AM/DMDAAC/DMC）相较于P（SiO2/AM/AMPS）性能较好,两种阳离子絮凝时间均在500 s左右,絮凝率在90%以上,在盐浓度为30%时,其粘度保留率均在70%以上;在180℃下进行热滚,在常温下测试其絮凝剂的粘度保留率为70%左右;在经过60 h老化后,粘度保留率为60%左右。P（SiO2/AM/DMDAAC）、P（SiO2/AM/DMDAAC/DMC）相较P（SiO2/AM/AMPS）性能较好,将其配制钻井液性能结果为:其粘附系数为0.078、0.069,粘滞系数为0.3346、0.3221,极压润滑系数为0.085、0.084,滤矢量为6 m L左右;当盐度达到30%,钻井液粘度仍保持在30 m Pa·s以上;在8000 r/min转速持续进行剪切150 min后,钻井液粘度在35 m Pa·s左右;在经过96 h老化,钻井液粘度保持在33 m Pa·s以上。研究表明,纳米二氧化硅絮凝剂展示了良好的抗盐性和抗老化性,且所配制的钻井液的测试性能较好。
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