鉆井液用聚丙烯酰胺性能研究畢業論文-預覽頁

　

【正文】 溫耐鹽、部分水解羧基與二價離子反應等缺點。當溫度高于160 ℃時，相較于其他鹵水，聚合物在2% NaCl + 1% NaHCO3溶液中的穩定性最好。 （1）常志英等選用氧化/還原引發體系進行了AMPS/AM 的低溫共聚反應，得到高分子量（ ）和高線性規整性的7610~AMPS/AM共聚物產品，該共聚物有突出的增粘作用和對高溫高鹽作用的穩定性。 （5）羅興樹等研究了聚丙烯酰胺分子量及濃度、交聯劑類型和濃度對聚合物凝膠性能的影響，得出聚丙烯酰胺交聯凝膠成膠最佳配比關系為：％、鉻交聯劑加量為120 mg／L、交聯溫度為60℃，能夠起到良好封堵漏層的作用。目前，提高聚合物的耐溫抗鹽性能，主要是以丙烯酰胺或丙烯酸類聚合物為基礎，通過聚合物改性或共聚引入其他具有特殊功能的結構單元，包括提高聚合物分子主鏈的熱穩定性，引人龐大側基或剛性側基，引入具有特殊功能的結構單元，利用高分子鏈間相互作用，在高分子鏈上引入親油基團和親水基團，與天然高分子接枝共聚，引入具有優良表面活性的功能基團。聚合物的分子量越大，其粘度越大，增粘效果也就越好。根據 的實驗方法，測定其特性粘數，由于分子量和粘度之間有一定關系，我們可以計算出聚合物的粘均分子量，對比分析不同合成方法對聚合物分子量的影響。六、必須具備的工作條件及解決辦法 主要試劑：KYPAMHPAM 、MICROG、氯化鈉固體、紅坂土、碳酸鈉固體、氫氧化鈉固體、RS1 粉末、氯化鉀固體、lube 乳液、海水、蒸餾水及熱水。(6) 測定聚丙烯酰胺對鉆井液流變性的影響，得出相關結論。 第 7 周按設計路線進行實驗，檢測聚丙烯酰胺的粘度，計算其粘均分子量。學生的學習態度和組織紀律，學生掌握基礎和專業知識的情況，解決實際問題的能力，畢業論文(設計 )是否完成規定任務，達到了學士學位論文的水平，是否同意參加答辯。因此研究鉆井液用聚丙烯酰胺（PAM）的性能及其性能評價具有重大意義。在鉆井液基漿或體系中測定聚合物的流變性及 API 失水量，對比分析三種聚丙烯酰胺對鉆井液性能的影響，選出最優鉆井液用增粘劑。s 以上； MICROG 的抗鹽性能很差，在 %NaCl 下粘度就降為 0。s, as salinity increased, the viscosity changed little。增粘劑均為水溶性高分子化合物，在鉆井液中可形成空間網狀結構，能顯著提高鉆井液的粘度。羥乙基纖維素的增粘程度一般與時間、溫度和含鹽量有關，耐溫能力可達到 107~121℃。這一點尤其在海洋鉆井或其他苛刻條件下更為重要。聚丙烯酰胺具有良好的降濾失、增稠、絮凝和降摩阻等特性，因此在油田鉆井、采油、堵水、調剖、酸化、壓裂、水處理等方面已經得到廣泛的應用，其應用范圍及應用前景居各水溶性聚合物之首。（2）HPAM 溶液在鹽存在條件下粘度衰減明顯；當水解度＞40％時，聚丙烯酰胺分子與鈣、鎂等多價離子結合，發生絮凝沉淀。概述第 5 頁（共 35 頁）1 概述丙烯酰胺（AM）是 1893 年 Moureu 首次合成，由于 AM 分子中含有—C＝C—和—CONH 兩種基團，故易于自聚或與其它烯類單體共聚，采用不同單體進行共聚，2可得到不同結構和性能的共聚物，用途極廣，可作凝聚劑、凈水劑、紙張增強劑等。這些聚合物可以是均聚物，也可以是共聚物。因此，聚丙烯酰胺產品實際上是丙烯酰胺與丙烯酸（鹽）的共聚物，它具有一定的水解度（小于 3%）。典型分子式為陰離子型聚丙烯酰胺是我國使用量最大的聚丙烯酰胺，廣泛用于水處理，采礦，造紙，紡織，印染等行業。國內開發陽離子型聚丙烯酰胺較晚，80 年代開發出甲基丙烯酸二甲胺乙酯氯甲烷鹽（MAETAC）與丙烯酰胺（AM）。現階段使用的陽離子型聚丙烯酰胺，主要由丙烯酰胺（AM）和陽離子單體（二甲基二烯丙基氯化銨、甲基丙烯酸二甲胺乙酯氯甲烷鹽或丙烯酸二甲胺乙酯氯甲烷鹽）共聚而成。有機陽離???子聚合物有季銨、季磷和叔硫三大類型，但只有季銨型陽離子聚合物在油田得到應用。有機陽離子聚合物還用作堵水的延緩交聯體系、酸化壓裂添加劑、強化采油驅油劑、原油破乳劑、油田污水采油污水處理中的絮凝劑等等。 聚丙烯酰胺合成方法 ]7[ 水溶液聚合法水溶液聚合是丙烯酰胺聚合反應的傳統方法。此方法由于操作簡單容易，聚合物產率高，易獲得高分子量聚合物，以及對環境污染少，一直是聚丙烯酰胺生產的主要方法。它可分為過硫酸鹽、有機過氧化物、多電子轉移的氧化還原體系和非過氧化物體系四大類。與水溶液聚合不同之處是水溶性反應物分散在有機載體內。概述第 9 頁（共 35 頁） 反相乳液聚合反相乳液聚合是將單體水溶液乳化于含乳化劑的油相中，形成油包水（W/O）型非均相分散體系，然后加油溶性或水溶性引發劑進行引發聚合。趙明 等人利用反相乳液聚合法，以液體石蠟為連續相、丙烯酰胺和丙烯酸水]9[溶液為分散相、N，Nˊ亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑、過硫酸銨為引發劑，制備了丙烯酰胺(AM)一丙烯酸銨(AA)共聚物。1980 年 Soffer 等首先以微乳液為介質進行了微乳液聚合的研究，從而開拓了一個新的領域。趙懷珍，吳肇亮，鄭曉宇等采用電導法和相體積法相結合，并借助相圖、粘度、光學顯微鏡等手段，研究了 Span80Tween60/白油/ 丙烯酰鉆井液用聚丙烯酰胺性能研究第 10 頁（共 35 頁）胺/丙烯酸鈉/H O 體系形成反相微乳液的過程，以及表面活性劑 Span80 與 Tween602質量比、溫度、乙酸鈉對體系形成反相微乳液區的影響。由反相微乳液方法制得的聚合物微乳液微膠乳，具有高穩定度、高固含量、粒徑小且均一以及速溶的特點。主要由單體、引發劑、有機溶劑和懸浮劑四部分組成。這些介質對單體是溶劑，對聚合物 PAM 是非溶劑。由于生產方法的不同，其最終的產品形式有膠狀（水溶膠）、粉狀及乳液。隨著聚丙烯酰胺的廣泛應用，雖然暴露出一些問題，技術界也在對其進行改性研究，借助引入其他結構單元對其性能加以優化改進，但在這些改性聚合物中丙烯酰胺的主體鏈節結構仍沒有改變。國內在聚丙烯酰胺增粘劑、絮凝劑、防塌劑和降失水劑等方面取得了很大進展和突破，常志英等選用氧化/還原引發體系進行了 AMPS/AM的低溫共聚反應，得到高分子量和高線性規整性的AMPS/AM共聚物產品，該共聚物有突出的增粘作用和對高溫高鹽作用的穩定性。在一定的地面功率條件下，鉆井液的粘度增大將會增大鉆柱內和環空的壓降，使得井底壓差增大和井底鉆頭獲得的水功率降低，使鉆速減小，但粘度過低則鉆井液用聚丙烯酰胺性能研究第 12 頁（共 35 頁）會影響井底的凈化和攜巖能力。 丙烯酰胺共聚物油田現有的丙烯酰胺類聚合物在保持高效增粘性的問題上已經得到了一定程度的解決，但溶液粘度抗溫抗鹽性和剪切稀釋性未能很好滿足。針對以上這些不足，國內外學者為了改善聚丙烯酰胺溶液的耐溫抗鹽性，對聚合物增粘劑的增粘作用機理、熱降解和耐鹽性機理以及聚合物的結構與耐溫、耐鹽性能的關系作了大量研究，以期研制出具有優良耐溫抗鹽性的聚合物增粘劑。目前，提高聚合物的耐溫抗鹽性能，主要是以丙烯酰胺或丙烯酸類聚合物為基礎，通過聚合物改性或共聚引入其他具有特殊功能的結構單元，包括提高聚合物分子主鏈的熱穩定性，引人龐大側基或剛性側基，引入具有特殊功能的結構單元，利用高分子鏈間相互作用，在高分子鏈上引入親油基團和親水基團，與天然高分子接枝共聚，引入具有優良表面活性的功能基團。 耐溫、抗鹽單體與丙烯酰胺共聚物耐溫抗鹽單體與丙烯酰胺共聚物研制的主導思想是研制與鈣鎂離子不產生沉淀反應、在高溫下水解緩慢或不發生水解反應的單體，如 NaAMPS（2丙烯酰胺基2甲基丙磺酸鈉） 、NVP(N乙烯吡咯烷酮)、NaAMB（3丙烯酰胺基3 甲基丁酸鈉） 、NVAM(N乙烯酰胺)等，將一種或多種耐溫抗鹽單體與丙烯酰胺共聚，得到的聚合物在高溫高鹽條件下的水解將受到限制，不會出現與鈣鎂離子反應發生沉淀的現象，從而達到耐溫抗鹽的目的。N —乙烯基—2—吡咯烷酮（NVP）可抑制酰胺基的水解，當 NVP用量適當時，可明顯抑制聚合物分子中酰胺基的水解。陳哲等 研究了聚陰離子磺化苯乙烯（SPS ）和聚陽離子丙烯酰胺 /二甲基二烯]17[丙基氯化銨共聚物［P （AM/DMDAAC）］的聚電解質復合物作為驅油劑的應用前景，在兩者離子度和配合比例適當時，能形成穩定的均相復合體系，具有明顯的增粘效果，比原來溶液粘度提高 倍，在高溫和高剪切下，具有良好的粘度保持力。在水溶液中，此類聚合物的疏水基團由于疏水作用而發生聚集，使大分子鏈產生分子內和分子間締合。在高剪切作用下，疏水締合形成的動態物理交聯網絡被破壞，溶液粘度下降，剪切作用降低或消除后大分子鏈間的物理交聯重新形成，粘度又將恢復，不發生一般高相對分子質量的聚合物在高剪切速率下的不可逆機械降解。再如， AM /NVP /2—甲基丙烯酰氧雙甲胺（DMDA）元共聚物，25 ℃時，隨著剪切速率的提高，其粘度減少；但無剪切時，其粘度恢復，甚至比原來的值要高 。]21[黃作鑫等 合成了 AM / NVP /丙烯酸（AA）三元共聚物（即 PVAA），研究]2[表明，其抗溫、耐鹽性能較 PAM 有很大改進。另見報道，Y. M. WU 等 合成的 NVP /IA /AM ]23[ ]24[/AMPS 四元共聚物，經檢測，表明其具有很好的耐溫、抗鹽性能。而在側基和溶劑之間也存在相互作用：如極性基與水通過偶極作用和氫鍵作用使得部分水分子在極性基周圍較為有序的排列成為束縛水；而疏水基則有從水介質中逃逸出來的趨向。室內實驗結果表明，在各種礦化度條件下， KYPAM 抗鹽聚合物的粘度均大于普通超高分子量 PAM，且礦化度越高，其粘度超幅越大 。本文主要研究三種聚丙烯酰胺：梳形聚合物 KYPAM部分水解聚丙烯酰胺概述第 17 頁（共 35 頁）HPAM、反相乳液 MICROG 的性能，包括分子量、耐溫耐鹽性、鉆井液中流變性等。鉆井液用聚丙烯酰胺性能研究第 18 頁（共 35 頁）2 實驗部分 實驗試劑及主要儀器 試劑和主要試劑來源 表 1 實驗樣品及試劑名稱 規格 生產廠家KYPAM1 工業級 北京恒聚HPAM 工業級 山東東營MICROG 工業級 實驗室自制氯化鈉固體 分析純 天津市大茂化學試劑廠碳酸鈉固體 分析純 連云港市大晶化工有限公司氫氧化鈉固體 分析純 天津市大茂化學試劑廠氯化鉀固體 分析純 天津市科密歐化學試劑有限公司RS1 粉末、lube 乳液、紅坂土及海水、蒸餾水等 主要儀器 本實驗所涉及的主要實驗儀器列于表 2；此外，還有烏氏粘度計（）、高攪杯、老化罐、高純氮氣瓶、砂芯漏斗、容量瓶、燒杯、錐形瓶、移液管、量筒、量杯、玻璃棒、溫度計、滴定管、秒表、濾紙、洗耳球和玻璃棒若干等。聚合物的特性粘數對于評價聚合物的增粘性能有著非常重要的意義。（2）試樣溶液的配置粉狀聚丙烯酰胺：稱取 均勻的粉狀試樣，準確至 。用約50mL 的蒸餾水溶解，待試樣溶解后，加入 200mL 容量瓶中，用移液管準確加入100mL 濃度 ，然后用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，放在 30℃水浴中。先把洗耳球取下，而后放開 B 管，空氣進入圓球，使毛細管內溶劑和 A 管下端的球分開，這時水平地注視液面的下降，用秒表記錄液面流經a 和 b 線的時間，此即為 to，重復三次，誤差不超過 秒。 聚丙烯酰胺耐鹽性的測定 溶液的配制分別配置質量濃度為 %（按聚合物﹕水=﹕200 的比例（質量比）配置）的 KYPAMHPAM 和 MICROG 水溶液，攪拌，自然放置，待其完全溶解，用實驗部分第 21 頁（共 35 頁）Brookfield DVⅢ+粘度儀測出其粘度。 （2）使用方法1　選擇合適量程的轉子安裝在粘度計的接頭上；2　打開電源開關，使粘度計自動校零；3　輸入轉子型號，設定轉速，選擇粘度單位，然后關閉轉速按鈕使轉子停止轉動；4　將轉子浸入待測溶液中，直至沒過轉子上的刻度線；5　打開轉速按鈕，開始測定粘度，示數穩定后讀取最大值；6　測量完畢，關閉轉速按鈕，關閉電源，將轉子清洗干凈放回原處。鉆井液用聚丙烯酰胺性能研究第 22 頁（共 35 頁） 實驗儀器 ZNND6A 型六速旋轉黏度計 ]27[ZNND6 型六速旋轉黏度計是利用外圓筒的高速回轉，造成相對靜止內圓柱的剪切速率，使內、外圓筒之間的泥漿受到剪切應力的剪切，通過和內圓柱相連的扭力彈簧的扭轉角，反映出回轉時應克服的液體內摩擦阻力的大小值，即反映該剪切率下剪切應力的大小。 ZNS 型泥漿失水儀ZNS 型泥漿失水儀測定的是靜態下的泥漿失水。實驗時，在恒定條件下，用同一支粘度計測定幾種不同濃度的溶液和純溶劑的流出時間 t 和 t0 ，可得相對粘度和增比粘度： )2(1)(00???? ??ttrspr?式中：t——試樣溶液的流經時間，s； to——， s。計算特性粘數： )5(][??ocH?當聚合物的化學組成、溶劑、溫度確定后， 值只和聚合物的分子量有關，用???lnη r/crH實驗結果與討論第 25 頁（共 35 頁）下式表達這一關系： ??)6(????KM?式中 K 和 a 為常數，其值和聚合物、溶劑、溫度有關，和分子量的范圍也有一定的關系，本實驗取 K=102ml/g