降滤失剂P(St-b-Am)_O-MMT的合成及性能研究
降滤失剂
合成：将AOBS溶于适量的水中，在15℃ 下用氢氧化钠中和，然后加入AM，待其 溶解后加入DMAM，在不断搅拌下升温至 45°C，加入占单体质量0.15%的引发剂， 搅拌均匀后，于45℃反应0.5~1h，得凝 胶状产物。产物经剪切造粒，于 80~100℃下烘干、粉碎，得共聚物降滤 失剂。其1%水溶液25℃下的表观粘度为 35~45mPa·s
接枝共聚物的合成： AM：AMPS：栲胶= 40：(15~20)：(45~40)(质量比)， 将AMPS溶于适量的水中，在冷却条件下用等物质的量 的氢氧化钠(溶于适量的水中)中和，然后依次加入AM 和栲胶，待溶解后用氢氧化钠溶液调混合液的pH值至 pH 7~9，升温至60°C通氮5-10min后加入占单体质量 0.55%的引发剂，搅拌均匀后于60°C下反应0.5-1h， 得凝胶状产物。取出产物于120°C下烘干、粉碎得黑 色粉末伏共聚物降滤失剂，其1%水溶液表观粘度 15~20. 0mPa·s、水分含量不大于7.0%、水不溶物含 量≦3.0%。
AM/AOPS/DEDAAC共聚物防塌 降滤失剂的合成
采用氧化-还原引发体系合成了丙烯酰胺 /2一丙烯酰氧基-2-甲基丙基磺酸/二乙基 二烯丙基氯化铵三元共聚物。初步评价 了共聚物的钻井液性能。结果表明，AM /AOPS/DEDAAC共聚物具有较好的耐温 抗盐能力。
原料：丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰氧基、 2-甲基丙基磺酸(AOPS )和二乙基二烯丙 基氯化铵(DEDAAC )为工业品；引发剂， 分析纯；氢氧化钾；分析纯。
合成：将AOPS溶于适量水中，在冷却条 件下用等物质的量的氢氧化钾(溶于适量 水)中和，然后加入AM和DEDAAC，待 AM和DEDAAC溶解后，在不断搅拌下升 温至45℃，通氮5 min后加入占单体质量 0.15%的引发剂，搅拌均匀后于45°C下 反应10 h,得凝胶状产物。取出剪切造粒， 置于80~100℃下烘干、粉碎得白色粉末 状共聚物降滤失剂。
酚脲醛树脂改性褐煤降滤失剂的合成与评价
作 者 简 介 ： 允 纪 （９ ５一 ， 士在 读 ， 要 从 事 油 田化 学 品 鲍 １８ ） 硕 主
降 滤 失 剂 的 研 究 。 Ｅ ｍａｌｂ ｏ ｕ ｊ ｉａ ｃ ｒ 。 — ｉ ａ ｙ ｎｉ ｎ ． ｏ ： ＠ｓ ｎ 基金 项 目： 东 省 自然基 金 支持 项 目（ ０ ９ ＲＢ １５ ） 山 ２ＯＺ ０２０ 。 ＊通 信 联 系人 ， — ｉ ｚ ａ ｇ ｙ ５ ０ ８ １ ６ ｃ ｒ 。 Ｅ ｍａｌ ｈ ｎ ｗ ０ １ ２ ＠ ２ ． ｏ ： ｎ
内， 同时 升 温 至设 定 温 度 （ ０ Ｏ℃ 钻井 液 增 黏 ， 滤 失 效 果 明 显 降 降
低 。Ｓ ＭＰ是很 好 的抗 高温 降 滤失 剂 ， 有起 泡 严 但 重 ， 高钻 井 液 黏 度 的缺 点 ； 提 而且 Ｓ 一 须 与 ＭＰ １必 Ｓ ＭＣ复 配 使 用 效 果 才 明 显 ， ＭＰ ２虽 可 用 于 饱 Ｓ － 和盐水 钻 井 液 ， 必 须 将 它 与 Ｓ 但 ＭＣ和 磺 化 栲 胶
下 反应 ０ ５ｈ后 ， ． 加入 褐煤 碱液 ， 随后 升温至 ９ ～ Ｏ ９ ８℃ ， 等温 度稳 定 后 ， 加 入 一定 量 的水解 聚丙 再 烯 腈钠 盐 、 重 亚硫酸 钠 和聚丙 烯 酰胺 反 应 ２ 偏 ～４
Ｓ ＭＫ 复配 使用 才能 发挥 良好 的作 用＿ 。 ２ ］
腐 植 酸被广 泛 用 作 钻 井 液处 理剂 ， 由于腐 植 酸 分子 是 由多环 芳 核 与 多 种 活 性 官 能 团构 成 ， 具
抗温抗盐两性离子聚合物降滤失剂的合成与评价
具有优 异的降滤失能力 ， 能抗饱和盐水和 ２ ０ ０℃高温 。
关 键词 ： 钻井液降滤失剂 ； 两性离 子 ； ＡＭＰ Ｓ ； 抗 温抗 盐
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｅ ２ ５ ４ ． ４ 文献标识码 ： Ａ
丙 烯 酸盐与 丙烯 酰胺共 聚物 是常 用 的油 田化 学处理剂。将磺酸基和阳离子引入丙烯酸盐丙烯 酰胺共 聚 物 中会 大 大 提 高处 理 剂 的抗 温 、 抗 盐 能
中， 带来 黏度 和切 力偏 高 、 能耗 过高等 问题 。 为此 ， 笔者采 用竞 聚 率较 高 的 ２ 一 丙 烯 酰 胺一 ２ 一 甲基丙磺 酸 （ ＡＭＰ Ｓ ） 和丙烯酰胺 （ ＡＭ ） 、 丙 烯 酸 （ Ａ Ａ） 、 二 甲基二 烯 丙 基 氯 化 铵 （ Ｄ ＭＤ ＡＡＣ） 共 聚 来 制备 两性 离子 降滤失 剂 。过程 如下 ： 首先 ， 提 高 ＡＭＰ Ｓ的转 化率 ， 通过 离 子 色 谱用 外标 法 分 析 了
含 量偏 低 ， 直接 影 响 聚合 物 的抗 盐 、 抗 温 能力 ； 其 次， 共 聚物相 对分 子质 量偏 大 ， 在 降低 钻井 液滤 失
量 同时 ， 对钻 井液流变性影响较大 ， 在 钻 井 过 程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ａ ＭＰ Ｓ与上述三种单体在不 同 ｐ Ｈ值聚合后 的残
单量 ， 找 到提 高 ＡＭＰ Ｓ转化 率 的方 法 ； 其次 ， 用 链
转移剂调节聚合物相对分子质量 ， 制备 出降滤失 、
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５ —０ ３一Ｏ ｌ ； 修 改 稿 收 到 日期 ： ２ ０ １ ５一Ｏ ６—１ ９ 。
钻井液降滤失剂P(AMPS-IPAM—AM)的合成与评价
钻井液降滤失剂P（AMPS-IPAM—AM）的合成与评价随着油气勘探的不断深入，越来越多的难钻井层被开发，井下工作环境越来越复杂，而钻井液降滤失剂因其在井下作用性能优异以及对环境的友好性，成为了钻井液中必不可少的组成部分。
在本论文中，我们将介绍一种新型的钻井液降滤失剂P （AMPS-IPAM—AM）的合成与评价。
一、合成P（AMPS-IPAM—AM）是一种由苯丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺组成的共聚物。
具体合成方法如下：首先，将苯乙烯、N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺按一定的比例混合，并在反应釜中加入适量的二甲基丙烯酰胺、过氧化氢和三丙硫醚，控制反应温度在50~70℃，反应时间为6小时左右，得到聚合物P（AMPS-IPAM—AM）。
随后，将所得聚合物于正己烷中漂洗多次，然后放置于真空中进行干燥处理，最终得到钻井液降滤失剂P（AMPS-IPAM—AM）。
二、评价为了评估钻井液降滤失剂P的性能，我们进行了一系列的实验。
其中包括钻井液粘度测试、滤失性能测试、压缩性能测试以及水溶性测试等。
结果表明，钻井液降滤失剂P具有良好的降滤失性能，其添加量为0.3%~0.5%时可以使得钻井液的流动性更加稳定，降低滤失率，同时保证了钻头的清晰度和井壁的稳定性；此外，钻井液降滤失剂P也具有良好的水溶性，在井下工作环境中可以有效地减少井下钻井液的污染，并且对环境相对友好。
三、结论综上述，我们成功地合成了一种新型的钻井液降滤失剂P （AMPS-IPAM—AM），并进行了一系列的评价实验，在不同的测试条件下，它都表现出了良好的钻井液降滤失性能以及水溶性能，可以在井下作业中发挥重要的作用。
此外，钻井液降滤失剂P还具有压缩性能优异的特点。
在实验中，我们将钻井液加入特定比例的钡硫酸盐，在一定温度和压力下进行压缩测试。
实验结果显示，添加了P（AMPS-IPAM—AM）的钻井液，在相同的压缩环境下，其体积收缩率较小，表现出了较好的抗压性能。
抗高温有机硅降滤失剂的合成与作用机理研究
（ ． Ｓ ｕ ｈ Ｗ ｅ ｔＰｅ ｒ ｌ ｕ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ， ｈ ｎ ｄ １ ５ ０ １ ｏ ｒ － ｓ ｔｏ ｅ ｍ ｉ ｅ ｓｔ Ｃ ｅ ｇ ｕ ６ ０ ０ ，Ｓ ｅ ｕ ｎ， ｈ ｎ ｉｈ ａ Ｃ ｉ ａ
型 高效 聚 合 物 分 子 设 计 及 合 成 ” ２ ０ ｃ ２ １ ０ ） 西 南石 油 大 学 （０ ５ ｂ ２ ３ ２ ； 研 究 生 “ 新 基 金 ” 助 课 题 “ 高 温 环 保 型 水 基 钻 井 液 体 系研 创 资 抗
究 ” ＧＩ Ｂ１ ０１ 。 （ ＦＳ １ ）
ＰＲＥＰＡＲＡＴＩ ｏＮ ＡＮＤ ＤＥＭ ＵＬＳ ＦＩ Ｉ ＮＧ ＰＥＲＦｏＲＭ ＡＮＣＥ ｏＦ ＡＭ ＰＨｏＴＥＲＩ ＤＥＮＤＲＩ Ｃ Ｃ ＴＩ ＤＥＭ ＵＬＳＩ ＥＲ ＦＩ
（ ． 南 石 油 大 学 油 气 藏 地 质 及 开 发 工 程 国家 重 点 实 验 室 ， １西 四川 成 都 ６ ０ ０ ； １ ５ ０ ２ 中 国石 化 石 油工 程 技 术 研 究 院 ， 京 １ ０ ０ ） ． 北 ０ １ １
摘 要 ： 用 自 由基 聚 合 方 法 ， 丙 烯 酰 胺 （ 采 以 ＡＭ ） ２丙 烯 酰 胺 基 ２ 甲 基 丙 磺 酸 （ 、－ 一 ＡＭＰ ） Ｎ 乙 烯 基 吡 咯 烷 酮 ｓ 、一 （ Ｐ 和 Ｎ一３三 乙氧 基 甲 硅 氧 烷 基 ） 基 丙烯 酰 胺 （ Ｔｓ 为 原 料 制 备 了 有 机 硅 耐 温 降 滤 失 剂 ＡＭ／ ＮＶ ） （一 丙 ＡＰ ） ＡＭＰ ／ Ｓ ＮＶＰ ＡＰ Ｓ ／ Ｔ 。使 用 Ｆ —Ｒ光 谱 表 征 了 分 子 结 构 ， 价 了 其 钻 井 液 性 能 。结 果 表 明 ， 着 ＡＭ／ ＴＩ 评 随 ＡＭＰ ／ Ｐ Ｓ ＮＶ ／
钻井液用抗温抗盐聚合物降滤失剂的研发与应用
2020年04月钻井液用抗温抗盐聚合物降滤失剂的研发与应用田茂明(中石化华北石油工程有限公司河南钻井分公司，河南南阳473132)摘要：随着环保要求的提高，具有优良抗温抗盐性能磺化钻井液体系使用受限，现有的聚合物降滤失剂在抗高温、抗复合盐时降滤失性能差，无法满足现场施工需求。
选用单体：丙烯酰胺（AM ）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS ）、改性土进行三元共聚。
合成条件：反应体系pH 值8-9，反应温度38℃。
生产工业样品进行测试评价，并在河南油田开展现场应用。
现场应用表明，研制生产的抗温抗盐聚合物钻井液降滤失剂WL-1对存在高温、盐、钙、芒硝污染条件下，加入0.3-0.5%即可显著降低钻井液滤失量。
关键词：钻井液;降滤失剂;合成；性能评价1抗温抗盐聚合物降滤失剂的合成及性能评价1.1抗温抗盐梳型聚合物降滤失剂的合成①称取12.9gAMPS 于小烧杯中，加入约20.00g 蒸馏水溶解；②再称取2.20-2.30g 氢氧化钠于另一个小烧杯中，加入约5g 蒸馏水溶解；③用氢氧化钠调节AMPS 溶液pH 值到5-6时，将剩余氢氧化钠溶液中再加入5g 蒸馏水，稀释为氢氧化钠稀溶液，继续调节AMPS 溶液pH 值到7左右；④再加入约0.01g 氧化钙粉末，使AMPS 溶液pH 值为7-9；⑤将调整好的AMPS 溶液称重，补加水量达到要求单体浓度；将调整好的AMPS 溶液在38℃水浴升温，边搅拌边加入13.36gAM ，溶解后，再加入1.54g 改性土，搅拌使其分散均匀；⑥待温度达到38℃后，边搅拌边滴加引发剂（先滴加5d 亚硫酸氢钠溶液，再滴加10d 过硫酸铵溶液）；⑦滴加完引发剂后很快温度即明显上升，继续用玻璃棒搅拌10min 后，密封在水浴中继续静置50min 后，在90℃干燥，粉碎样品取名WL-1。
1.2抗温抗盐聚合物降滤失剂结构表征与性能测试1.2.1红外光谱分析将提纯后的样品WL2016，用KBr 压片，低温干燥后，进行红外光谱分析，3423cm -1处为仲酰胺特征吸收峰，2933cm -1处为-CH 2-的伸缩振动吸收峰；1186cm -1、1116cm -1、1042cm -1为磺酸基团的特征吸收峰；628cm -1是C-S 的伸缩振动吸收峰；4.1654cm -1处是C=O 的特征吸收峰。
钻井液用降黏剂P的合成与表征
浸泡 ， 低速搅拌得聚合物基浆。在 ４ ０ Ｌ聚合物 ０ｍ 基浆 中， 加人一定量的降黏剂 ， 低速搅拌 ５ ｉ。 ｍ ｎ 打
开黏度计 电源开关 ， 待黏度计读数稳定后 ， 依次
测 出 转 速 为 ６０ ３０ ２０ １０６和 ３ ｎ ０ 、０ 、０ 、０ 、 ｍｉ 时 泥
浆的黏度 ， 以降黏率评价 Ｐ的降黏性能。
１ 共聚 物的 表征 ． ４
１ ＿ 测定特性黏度嘲 使用乌氏黏度计在 ３ － ．１ ４ ０ ＋
０１ １ ｍ １ Ｎ Ｃ 溶液中， ． ℃、 ． ｏ Ｌ ａ １ ０ ／ 采用一点法测定 。
１ ． 红外光谱分析 ＿２ ４
１ ． 差 热 分析 ．３ ４
用 Ｎ ｃｌ Ｅ Ｕ －７ 傅 ｉ ｅＮ Ｘ Ｓ ４ ０ ｏｔ
梁 艳 陈艳玲 刘秋香
（ 中国地质大学材料化学与化学工程系 武汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ ４
摘 要 采用溶液聚合反应合 成 了 ２ 丙烯 酰胺 基 一一 一 ２ 甲基丙磺 酸（ ｌ ＇） ＡＶ Ｓ 与单体 Ｉ ａ 的二元共聚物 ， 用作钻井 液降黏剂 ， 正交 实验 ， 了共聚物 的合成条件为反应温度 ５ ￣ 引发剂用量 ｌ 单 体配 比 Ａ Ｓ＝ ： 通过 确定 ５ Ｃ， ％， ＭＰ ： Ｉ Ｉ Ｉ （ 质量 比）用红外光谱 和差热分析法表征了共聚物 的组成特征及其热稳定性 。 ， 结果表明 ， 共聚物的抗温能力可
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第２ ５卷第 １ 期
２０ ０ ７年 ３月
胶 体与 聚合物
Ｃ ｉｅｅＪｕｎ ｌ ｆ ｏｌｉ ｈｎ ｓ ｒａ ｌ ｄ＆ ｐ ｌｍｅ ｏ ｏＣ ｏ ｏｙ ｒ
Ｖｏ． ５ ｏ １ １ Ｎ ． ２ Ｍａ ．ｏ ７ ｒ ｏ ２
钻 井液 用降黏剂 Ｐ的合成 与表 征
耐温型降滤失剂AMPS_AM_AA三元共聚物的合成
第29卷第1期2008年2月 青岛科技大学学报(自然科学版)Jo urnal of Qing dao U niver sity o f Science and T echno lo gy (N atural Science Edition)V ol.29N o.1Feb.2008文章编号:1672-6987(2008)01-0030-04耐温型降滤失剂AMPS/AM/AA三元共聚物的合成王 庆,刘福胜*,于世涛,卢红霞(青岛科技大学化工学院,山东青岛266042)摘 要:以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AM PS)、丙烯酰胺(AM )和丙烯酸(AA )为单体,采用过硫酸铵和亚硫酸氢钠氧化还原体系,通过水溶液聚合法合成了耐温型降滤失剂。
通过正交试验和条件试验确定了聚合反应的最佳条件:引发温度40 ,引发剂质量分数0 010%,pH =4 0,m (AM PS) m (AM) m (AA )=10 26 4,在此条件下得到产物特性黏数为7 52dL g -1。
对其结构用红外光谱进行了表征,并在淡水基浆中对产品的降滤失性能进行了室内评价,结果表明产物具有良好的耐温和降滤失能力。
关键词:2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸;降滤失剂;耐温中图分类号:T E 254.4 文献标识码:ASynthesis of Copolymer AMPS/AM/AA asHeat -resistant Filtrate ReducerW ANG Qing,LIU Fu -sheng,YU Sh-i tao,LU Hong -xia(College of Chemical Engineering,Qingdao Un iversity of Science an d T echnology,Qingdao 266042,Ch ina)Abstract:A heat -resistant filtrate reducer w as synthesized using 2-acry lam ido -2-m ethy-l pr opane sulfonic acid(AM PS),acry lamide(AM )and acry lic acid(AA)as raw materialsand am monium persulfate/sodium bisulfite as initiator s by aqueous so lution polym eriza -tion.The obtained optimum reaction conditions w ere reaction tem perature 40 ,initia -tor am ount 0 010w t%,pH =4 0and m (AM PS) m (AM ) m (AA)=10 26 4.U nder abo ve co nditions,the intr insic v isco sity of the product is 7 52dL g -1.T he str ucture o f the copolym er w as character ized by FT -IR,and its filtrate reducing per -formance w as evaluated in fresh w ater -based mud in laboratory.The results show ed that the copolym er w as o f better therm al stability and filtrate r educing per for mance.Key w ords:2-acrylamido -2-methy lpr opane sulfonic acid;filtrate reducer;heat resistant 收稿日期:2007-03-26作者简介:王 庆(1982~),男,硕士研究生. *通讯联系人.随着石油勘探开发逐渐向深部地层和海上发展,钻探地层日趋复杂,对钻井液的高温稳定性提出了更高的要求,加快了耐温型降滤失剂的研究和开发。
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降滤失剂P(St-b-Am)/O-MMT的合成及性能研究3屈沅治1,2 苏义脑2 孙金声2(1.中国石油勘探开发研究院 2.中国石油钻井工程技术研究院) 摘 要 P(St-b-Am)/O-MMT是一种蒙脱土片层以纳米级分散在两亲性嵌段聚合物P (St-b-Am)基体中的纳米复合材料。
以二硫代酯为链转移剂,偶氮二异丁腈为引发剂,在有机蒙脱土存在下,采用可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合法成功合成了P(St-b-Am)/O-MMT纳米复合材料,并进行了其结构表征。
从钻井液添加剂的角度评价了P(St-b-Am)/O-MMT的性能,结果表明该材料热稳定性好,降滤失效果显著,具有良好的抑制性能,是一种性能优良的抗高温降滤失剂。
关键词 聚(苯乙烯-b-丙烯酰胺)(P(St-b-Am)) 蒙脱土 纳米复合材料 降滤失剂 抑制性能 钻井液技术是油气钻井工程技术的重要组成部分,其中处理剂是钻井液技术的核心和灵魂。
由于钻井过程中,钻井液滤液的侵入会引起泥页岩水化膨胀,导致井壁不稳定和各种井下复杂情况的发生,钻遇产层时还会造成油气层损害,因此,降滤失剂是钻井液体系中不可或缺的处理剂之一,它通过在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼,尽可能地降低钻井液的滤失量,确保油气钻井的顺利进行。
本实验所合成的P(St-b-Am)/O-MMT是一种蒙脱土片层以纳米级分散在两亲性嵌段聚合物基体中的新型钻井液处理剂。
它以二硫代酯(DTE)为链转移剂,偶氮二异丁腈(A I B N)为引发剂,在有机蒙脱土存在的条件下,采用可逆加成-断裂链转移(Reversible Additi on-Frag mentati on chain Trans2 fer,RAFT)法[1-5]合成,有机地将蒙脱土与两亲性嵌段聚合物的优良特性揉合在一起,使该材料在原有嵌段聚合物优良特性的基础上,明显地改善了聚合物的物理机械性能、热稳定性等。
1 实验部分1.1 原料和试剂苯乙烯(St):化学纯,广东汕头市西陇化工厂产品,经5%Na OH洗涤至无色或淡黄色,再用蒸馏水洗涤至中性,用无水硫酸镁干燥后减压蒸馏,4℃下冰箱保存;丙烯酰胺(Am):分析纯,北京益利精细化学品有限公司产品,经CHCl3重结晶,除去阻聚剂;偶氮二异丁腈(A I B N)和十六烷基三甲基氯化铵(CT AC):分析纯,天津市福晨化学试剂厂产品;有机蒙脱土(O-MMT)由实验室制备;二硫代α-萘甲酸异丁腈酯(DTE)链转移剂由实验室合成[6-7]。
1.2 P(St-b-Am)/O-MMT的制备1.2.1 PSt/O-MMT大分子链转移剂的合成采用RAFT法合成PSt/O-MMT大分子链转移剂。
在装有温度计、机械搅拌器的三口烧瓶中,加入预先计量好的St、O-MMT、DTE和A I B N,密封后,经冷冻抽真空除去体系中的空气,充入N2,循环3次,N2保护下充分搅拌,于110℃的油浴中反应。
反应一定时间后,用冰水浴冷却反应体系,将产物在甲醇中沉淀,过滤后真空干燥,得到PSt/O-MMT大分子链转移剂。
1.2.2 P(St-b-Am)/O-MMT的制备56 石油与天然气化工 第37卷 第1期 CHE M I C AL EN G I N EER I N G O F O I L&GAS 3中国石油天然气股份有限公司科技风险创新基金项目(NO.060511-2-8)。
在装有温度计、机械搅拌器的三口烧瓶中,加入预先计量好的Am、A I B N及PSt/O-MMT大分子链转移剂,并加入合适的有机溶剂作反应介质。
反应装置密封后,经冷冻抽真空除去体系中的空气,充入N2,循环3次,N2保护下充分搅拌,于70℃的水浴中反应。
反应一定时间后,用冰水浴冷却反应体系,将产物在甲醇中沉淀、过滤。
将沉淀物在抽提器中用甲苯抽提,除去均聚物PSt,然后真空干燥,得到两亲性嵌段聚合物P(St-b-Am)/O-MMT纳米复合材料。
1.3 性能测试采用N icolet FTI R NEXUS-470型红外光谱仪测定样品的红外谱图。
测量波数范围为400～4000 c m-1,用K B r压制样品,测试温度22℃,相对湿度50%。
采用德国SI M ENS D5005D型X射线衍射仪表征蒙脱土的层间距。
Cu耙,Kα辐射(波长为0.154 n m),N i滤波片,管电压40k V,管电流40mA,步进扫描,步幅0.02°。
采用FE I公司TECNA I F20型透射电子显微镜进行样品的TE M表征。
采用T A5000-DSC2910型热重分析仪进行样品的热重分析。
升温速率10℃/m in,N2气氛,温度扫描范围为50℃～800℃。
采用美国得克萨斯OF I测试设备公司高温高压泥浆失水仪及S D-3型三联失水测定仪测试钻井液体系的性能。
2 结果与讨论2.1 P(St-b-Am)/O-MMT结构表征2.1.1 I R分析图1为P(St-b-Am)/O-MMT纳米复合材料的红外光谱图。
从图1可以看出,3734.4c m-1处为O-MMT中-OH的伸缩振动峰,3415.9c m-1是萘环上不饱和碳氢伸缩振动吸收峰,还含有St链段的特征峰,1450.0cm-1处是苯环的特征吸收峰, 699.8c m-1处是苯环的单取代特征吸收峰,此外,还有酰胺键的特征吸收峰3199.5c m-1和1661.7 c m-1,说明产物中同时存在St和Am。
而经甲苯充分抽提的产物中不会含有PSt均聚物,并结合GPC 测试,表明大分子PSt已经与聚丙烯酰胺链段连接在一起而形成嵌段聚合物。
2.1.2 XRD分析由于钠基蒙脱土的亲水性,不能均匀分散在St 中,从而难以直接进行插层聚合反应。
经过CT AC 改性后的有机蒙脱土,层间距增大,同时因片层表面被有机阳离子覆盖,蒙脱土从亲水性改性为亲油性,有利于St单体分子向有机蒙脱土的层间迁移并插入层间,在引发剂的作用下原位聚合,形成纳米复合材料。
不同材料的XRD谱图见图2。
由图2可以看出,在PSt/O-MMT的聚合过程中,St单体插入有机蒙脱土层间并在层间引发聚合,使有机蒙脱土的层间距进一步增大。
当以PSt/ O-MMT大分子作为链转移剂加入一定比例的Am 再次聚合时,制备的P(St-b-Am)/O-MMT已检测不到明显的衍射峰,表明蒙脱土片层已完全剥离,形成了纳米复合材料。
2.1.3 TE M分析图3为采用透射电镜观测PSt/O-MMT和P (St-b-Am)/O-MMT纳米复合材料微观结构所得的TE M图,图中暗条纹为蒙脱土片层的横断面。
由图3可以看出,两种材料均为纳米复合材料,66降滤失剂P(St-b-Am)/O-MMT的合成及性能研究 2008 其中PSt/O -MMT 大分子链转移剂中的蒙脱土片层间距较有机蒙脱土的层间距进一步增大,属插层型纳米复合材料;而蒙脱土片层在P (St -b -Am )/O -MMT 纳米复合材料中已完全剥离,其片层厚度以纳米级分散在嵌段聚合物基体中,属剥离型纳米复合材料[8]。
2.1.4 TG 分析反应中不添加有机蒙脱土,其他实验条件相同,同样采用RAFT 法合成了P (St -b -Am )两亲性嵌段聚合物。
对所合成的P (St -b -Am )两亲性嵌段聚合物及P (St -b -Am )/O -MMT 纳米复合材料进行了热重分析,见图4。
从图4可以看出,在失重50%的情况下,P (St -b -Am )/O -MMT 纳米复合材料所对应的温度为411.79℃,而两亲性P (St -b -Am )所对应的温度为378.56℃,表明反应中添加有机蒙脱土形成的P (St -b -Am )/O -MMT 纳米复合材料具有更好的热稳定性。
2.2 P (St -b -Am )/O -MMT 的降滤失性能2.2.1 P (St -b -Am )/O -MMT 加量的影响4%膨润土基浆中加入不同比例的P (St -b -Am )/O -MMT (NC )后,能改善钻井液体系的流变性能,降低滤失量,尤其能显著降低其高温高压滤失量(见表1)。
150℃下,未添加NC 的基浆的HT HP 滤失量为54mL,而添加0.5%NC 的钻井液的HTHP 滤失量下降到27mL,且随着NC 的增加,其HTHP 滤失量进一步减少,当NC 的浓度达到2%时,基浆的HT HP 滤失量为20mL 。
表1 NC 加量对钻井液体系性能的影响 配方表观粘度mPa ・s 塑性粘度mPa ・s 动切力Pa API 滤失量mL HTHP 滤失量mL (150℃)4%基浆6.551.51654 4%基浆+0.5%NC 7.2561.251527 4%基浆+1%NC 8.062.01223 4%基浆+2%NC8.062.09202.2.2 温度的影响温度较低(120℃)下热滚后,钻井液体系粘度增大,明显增稠,这可能是在适中的温度下热滚,有利于充分伸展聚合物分子链,使得亲水性聚苯乙烯链段能与体系中的粘土颗粒形成多点吸附,导致交联网络结构的形成[7,9],温度冷却后,形成的交联网络结构并未消除,因而所测得的钻井液体系的粘度增大;150℃下热滚16h 后,钻井液体系的流变性能、降滤失效果均与热滚前所对应的性能参数相差甚小;随着温度的进一步升高,在形成网络交联结构的同时,由于分子链的热运动加剧,破坏网络交联结构的趋势增大,当网络交联结构的破坏程度达到一定程度时,钻井液体系的粘度变小(见表2)。
不同温度下热滚前后钻井液体系的AP I 滤失量、HT HP 滤失量均不大,且比较稳定,表明NC 的热稳定性能好,降滤失效果显著。
表2 温度对钻井液性能的影响 老化条件表观粘度mPa ・s 塑性粘度mPa ・s 动切力Pa AP I 滤失量mL HTHP 滤失量mL 室温8.06.02.01223(150℃) 120℃下热滚16h 18.513.55.01023(120℃) 150℃下热滚16h 7.256.01.251025(150℃) 180℃下热滚16h 5.254.50.751125(180℃) 220℃下热滚16h4.54.00.51130(220℃) 注:体系配方为4%膨润土基浆+1%NC 。
2.2.3 不同材料的降滤失性能对比为进行抗高温降滤失性能对比,选取数种国内广泛应用的抗高温降滤失剂或聚合物添加剂,包括76 石油与天然气化工 第37卷 第1期 CHE M I C AL EN G I N EER I N G O F O I L &GAS磺甲基褐煤(S MC )、磺化酚醛树脂S MP -I 、聚合物包被剂JT888、水解聚丙烯腈铵盐及LY -1,分别配制不同的钻井液体系,并于220℃下热滚,测试热滚前后不同钻井液体系的AP I 滤失量及热滚后220℃下的HT HP 滤失量,测试结果见表3。