论文部分内容阅读
膨润土是油气田钻井作业时最常用的材料。但天然膨润土的性能不能达到用于钻井的膨润土的要求。膨润土的流变性以及滤失性会极大地影响钻井泥浆的性质,进而影响钻井工具的效率以及钻井作业的周期。因此研究人员对膨润土改性处理备受关注。通过使用表面活性剂、聚合物、无机盐等改性剂对膨润土改性可提升膨润土的基础性能(如流变性、滤失性、动塑比等)。其中使用聚合物改性膨润土的研究仍处于研究初期,因此本文将使用自制的聚合物对膨润土进行改性处理,以期提高膨润土的基础性能。本文采用微波辅助溶液聚合法,以羟乙基纤维素和丙烯酰胺为原材料合成了羟乙基纤维素-丙烯酰胺(HEC-AM)接枝聚合物。然后通过聚合物溶液插层法经强力机械搅拌将球磨至超细的聚合物对天然钠基膨润土插层改性。最后通过单因素试验对膨润土纳米复合体的制备条件(p H、HEC/AM的配比、引发剂浓度、温度、时间、反应物单体浓度)进行优化。依据傅里叶远红外(FT-IR)测试、X射线衍射(XRD)测试和电子扫描电镜(SEM)对复合体进行了化学表征;最后,对膨润土复合体制备的钻井液配方进行优选,分别对膨润土复合体以及膨润土复合体钻井液的表观粘度、塑性粘度、动切力、动塑比、高温高压滤失量等进行测试,得到最优配方并进行评价总结。实验结果表明,HEC-AM/Bt复合体最优合成条件为:p H=7、引发剂0.5wt%、HEC与AM质量比为1:5、反应温度45℃、反应时间30min,单体质量分数10wt%。通过XRD衍射图可以看出膨润土层间距明显增加,比原土增加了0.4nm。这表明聚合物与膨润土之间存在插层行为。FTIR和SEM分析可以表明,聚合物同时存在于膨润土层间与表面。在流变性和滤失性的研究中,膨润土复合体的流变性比天然钠基膨润土更稳定,且在90-150℃的高温下也能保持0.6以上的动塑比,这表明其携带钻屑的能力更强。在滤失量方面,膨润土复合体表现较好。即使在高温下,也可以达到钻井级膨润土的性能标准,最低可至9.3ml。就HEC-AM/Bt复合体制备的钻井泥浆配方的情况,优选降滤失剂SPNH,增粘剂FA367,防塌剂FT-1。体系配方最终确定为:4%HEC-AM/Bt复合体+1.5%SPNH+0.2%FA367+2%FT-1;此水基钻井泥浆在实验室测试中流变性良好,具有一定携带岩屑的能力;API滤失量及高温高压滤失量均比未处理的膨润土制备的钻井泥浆表现得优异。此外,在页岩滚动回收率实验中,HEC-AM/Bt复合体配制的钻井泥浆具有较高的岩屑回收率,对抑制泥页岩水化、膨胀、分散效果良好,稳定井壁能力强。