利用不同性能钙基膨润土制备膨润土复合材料的试验研究

本文以两种具有不同层电荷的钙基膨润土为研究对象,通过对其钠化并添加不同分子量聚丙烯酰胺制备出改性膨润土产品,并系统研究了膨润土层面电荷、聚丙烯酰胺分子量和添加量对膨润土泥浆性能的影响。研究表明,钙基膨润土钠化后的粘度值大幅度提高,滤失量也明显降低,且层电荷较低的膨润土的泥浆性能优于层电荷较高的;随着聚丙烯酰胺分子量和添加量的增加,膨润土的600r/min时的粘度值增加,而滤失量则略微降低;在选用低层电荷的膨润土进行钠化并在添加量为0.5%且分子量为2 200万的聚丙烯酰胺时,可得到一种高粘度、低滤失量的高性能钻井用膨润土产品,其粘度值高达100.2mPa·s,是API标准中要求的膨润土粘度值30mPa·s的3倍多。     

油基钻井液用有机土的研究与应用

优选高品质膨润土为原料进行提纯钠化处理得到钠基膨润土,并对其进行了有机改性处理,确定了有机膨润土制备的最佳工艺条件为采用十八烷基三甲基氯化铵为有机改性剂,用量34 g,反应时间2 h,反应温度70℃,溶液体系pH值7.5。优选有机膨润土中加入乳化剂和稳定剂进行检测,其有机土胶体率为99%、表观黏度为18.0 mPa·s、塑性黏度为12.0 mPa·s、动切力为6.0 Pa、滤失量为8 mL、造浆率为40 m~3/t,各项性能指标达到了国内较高水平。在中原油田油基钻井液体系的应用中,有机膨润土表现出良好的流变性能、耐温性能和抗滤失性能,能够满足高性能油基钻井液使用的需要,具有广泛的工业应用前景。     

聚合物改性膨润土护壁泥浆的制备及性能研究

研究了植物胶、聚丙烯酸钠和接枝淀粉对膨润土护壁泥浆稳定性和滤失性能的改善作用。结果表明:150万分子量植物胶具有提升泥浆粘度和保持粘度稳定的双重作用,而复掺聚丙烯酸钠和接枝淀粉可促使膨润土泥浆泥膜薄而致密、滤失量低于20mL。基于以上研究,制备出了粘度稳定、滤失量低和应用掺量小的聚合物改性膨润土泥浆,可用于解决水敏性地质桩基施工中出现的缩径和塌孔等技术难题。     

用于合成油基钻井液用有机土的钠土研究

选用6种钠基膨润土,加入水和有机改性剂,用捏合挤压法改性成有机土。测定钠基膨润土吸蓝量、胶质价、流变性和滤失量。测定合成有机土在5#白油中的成胶率、流变性和滤失量。实验结果表明,钠基膨润土吸蓝量、胶质价和基浆流变性对改性有机土均有影响,其中吸蓝量和胶质价占主导作用,吸蓝量和胶质价越高,制得有机土越好。基浆流变性越好,有机土成胶越好。筛选出一种满足合成有机土性能的钠土,要求钠基膨润土吸蓝量≥36 g/100 g,胶质价大于等于98%,Φ600≥20,AV≥10,Φ3≥1,滤失量≤15。     

地连墙用聚合物-膨润土复合泥浆泥膜质量研究

将桥联高分子(改性淀粉和磺酸盐共聚物)和保水聚合物(聚丙烯酸钠和聚丙烯酸钾)作为泥浆改性组分,对比改性后聚合物-膨润土复合泥浆的泥膜致密性。结果表明:利用磺酸盐共聚物改性的泥浆其滤失量降低效果显著、掺量低,泥浆粘度提升较小,泥膜致密优势明显;聚丙烯酸钾颗粒能降低泥浆的滤失量,其80~100目和150~200目两种粒径复合使用体现出更好的泥膜致密效果。     

中低品位膨润土的有机化及在泥浆中的应用

以新疆乌兰陵格产中低品位钠基膨润土为原料,用十六烷基三甲基铵盐(氯化物D1631和溴化物CTAB)作插层剂,制备有机膨润土。通过实验确定了制备有机膨润土的季铵盐加入量是85～90mmol/100g土。用红外(FTIR)、X-衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了有机土结构。FTIR谱显示有机插层剂已进入膨润土的层间,XRD特征峰位移表明膨润土的层间距由1.23nm增加到3.26nm。SEM观察到有机土形貌显著改变,颗粒松散。结果表明膨润土的层间距增大,粒层厚度约为72nm左右。测试了有机膨润土的钻井油基泥浆性能,结果表明,其塑性粘度为7.0mPa·s,表观粘度为8.5mPa·s,动切力为1.5Pa,滤失量40.0mL,均已达到钻井液用有机土的质量指标要求。     

高温高盐钻井液用降滤失剂的合成与性能评价

选取丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、含非离子基团抗盐单体(KYD)、十八烷基二甲基烯丙基氯化铵(DMAAC-18) 4种单体,采用水溶液聚合的方法得到聚合物,并将其作为水基钻井液用降滤失剂;通过单因素法对聚合反应条件进行优化,利用傅里叶红外光谱仪对产物的结构进行分析,并对聚合物的降滤失性能进行评价。结果表明,淡水基浆中聚合物质量分数为1.2%时,API滤失量为9.6 m L;在35%的盐水基浆中,API滤失量为9.5 m L;在180℃条件下老化16 h,API滤失量为13.5 m L;通过对基浆中膨润土粒径分布和滤饼微观形貌的分析,确定了聚合物是通过提升滤饼的致密性来降低API滤失量。     

钻井液降滤失剂PAT的合成与评价

以改性膨润土为基体,与玉米淀粉、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸,通过单体插层原位聚合法得到共聚物/有机蒙脱土复合材料(PAT)。采用XRD和GPC对其进行表征,通过单因素和响应面分析法优化合成工艺条件,最优值为:引发剂用量0.37%,膨润土用量8.73%,AMPS用量27.58%(均为单体质量分数)。对各因素交互作用的影响机理进行探讨,在最优条件下,钻井液滤失量分别为7.0 mL(淡水基浆常温)和12.0 mL(盐水基浆160℃,16 h),表明降滤失剂具有优良的抗温耐盐性。利用SEM对滤饼进行了微观表征,结果显示其具有致密的空间结构,在抗温耐盐降滤失方面优于市面常用产品。     

丹霞地貌区钻井用聚合物泥浆制备及性能研究

以聚氧化乙烯为增粘剂,研究了其分子量对聚合物泥浆粘度的影响,在此基础上,讨论了沉渣加速剂-聚合氯化铝、降滤失剂-接枝淀粉分别对泥浆含砂率及滤失量的影响。结果表明,以分子量800万的聚氧化乙烯为主要增粘组分,可制备出粘度高且稳定性强的聚合物泥浆,以聚合氯化铝为沉渣加速剂可使泥浆的循环使用次数增加至8次,以接枝淀粉为降滤失剂可使聚合物泥浆的滤失量降至50mL,这种改性的聚合物泥浆可以满足丹霞地貌对聚合物泥浆的施工要求。     

耐高温耐盐四元聚合物降滤失剂的合成及性能

采用丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸为主要单体,合成一种四元聚合物降滤失剂。对聚合物的性能进行了评价。结果表明,基浆中含有质量分数为1%聚合物的条件下,250℃滚动16h后仍有降滤失效果。在饱和盐水基浆中具有降滤失效果,能将滤失量控制在可接受的范围内。同时,该聚合物可显著改善基浆的流变性。     

污水配制聚合物溶液影响因素及增粘效果分析

针对大庆油田污水配制聚合物溶液存在严重粘度损失的问题,研究了污水中阴阳离子对聚合物溶液粘度的影响并提出改善措施。研究表明:对聚合物溶液粘度影响较大的是阳离子,其顺序是:Fe~(2+)Fe3~+Mg~(2+)(Ca~(2+))Na~+(K~+)。配置要求是Na~+、K~+含量3 000 mg·L-1,最好控制在1 000 mg·L-1以下;Ca~(2+)的含量200 mg·L-1,Mg~(2+)含量100 mg·L-1。Fe~(2+)、Fe~(3+)的影响严重,需严格控制含量;而阴离子对聚合物溶液粘度的影响可以忽略不计;该镁离子为该区块影响聚合物溶液粘度的主要因素。利用腐植酸钠吸附法去除溶液中的钙镁离子,经离子吸附处理后溶液增粘14.2 m Pa·s。腐殖酸钠混合液用量为8.0 m L时对钙离子的吸附率达到77.50%,腐植酸钠混合液用量为6.0 m L时对镁离子的吸附率达到83.60%,说明可以用腐殖酸钠对钙、镁离子进行处理,且增粘效果良好。     

山西膨润土提纯、钠化研究及表征

选用山西钙基膨润土为原料,通过浸泡湿筛分级提纯,蒙脱石含量由40.8%增加到78.7%。在提纯土的基础上湿法钠化,通过化学分析、物化性能测试、XRD、差热分析和TEM等手段表征,当纯碱最佳用量为5%时,钠化后胶质价达到2195 mL/15 g、膨胀容达到96.5 mL/g,d（001）层间距从1.5546 nm变为1.2799 nm,钠化土的质量超过铸造土一级土要求。     

SMA的合成及其对香精的分散和微胶囊制备的影响

使用溶液聚合法合成苯乙烯-马来酸酐共聚物（SMA），利用盐化的苯乙烯-马来酸钠盐作为保护胶体分散香精，采用原位聚合法制备三聚氰胺甲醛树脂香精油微胶囊。探究了不同分子量的SMA钠盐对香精的分散作用和对香精油微胶囊制备的影响,并与进口SMA 520对香精的分散作用和微胶囊制备效果进行了对比。实验发现，随着SMA分子量减小，香精油趋向于以较小粒径的液滴分散在连续相中，粒径分布逐渐变窄，香精油滴的分散稳定性提高。当使用的SMA钠盐溶液（质量分数10%）黏度≥145mPa·s时，可制备出粒径为5～20μm，形态为球形、表面有少许凹陷、壳层厚度较为均匀的微胶囊。当使用的SMA钠盐溶液（质量分数10%）的黏度≤67mPa·s时，只能形成极少数的球形微胶囊。作为保护胶体制备香精油微胶囊，进口SMA 520与实验室制备的黏度为314mPa·s的SMA钠盐溶液（质量分数10%）具备相似的效果。     

稠油化学降黏实验研究

以塔河某稠油为样,在优化条件下进行降黏实验研究。试油40g,降黏剂WWS质量分数0.4%,碳酸钠质量分数0.2%,加水量20mL(矿化度5 000mg/L),实验温度65℃,搅拌下反应80min,稠油的黏度从65℃时的5 620mPa.s降至180mPa.s,降黏率达到96%以上,改善了稠油的流动性。     

PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF BIODEGRADABLE POLYMER MUD BASED ON MILLET STARCH

A biodegradable polymer mud was prepared using Millet starch pre-gelatinized in the absence of a solvent. The filtration and rheological properties of the mud were studied at 25°–200°C temperature range and at 0.01–0.05 g/mL concentration of starch using filter loss and viscometric methods respectively. Experimental results showed that the new mud has better filtration control behavior and thermal stability at all the temperatures than widely used mud prepared with hydroxy propyl–modified starch. The mud displayed thermal degradation at 200°C. The values of flow index were found to be less than 1.0, showing non-Newtonian and pseudoplastic flow behavior of the mud. Shear stress and yield stress increase with increase in concentration. Viscosity decreases with increasing shear rate, showing shear thinning behavior of the mud. The polymer mud obeyed Henri Darcy and API models for static filtration as well as power law and Herschel-Bulkley models for fluid rheology. The new mud is purer and more suitable for drilling operations in environmentally sensitive areas than the widely used mud.     

油田含聚污水过滤工艺因素及臭氧处理效果评价

油田含聚污水随着聚合物驱的应用而黏度增加，水相含油能力强，分离难度大，对处理方式的要求越来越严格。过滤法作为常用方法，其污水处理性能受工艺因素的影响，处理效果不稳定；同时，臭氧作为快速、高效的污水处理方式日益受到关注。本文研究了不同滤料厚度比例、进水流速、滤床压降及污水pH对污水浊度等过滤参数的影响，结果表明核桃壳、石英砂厚度比为9∶13时过滤效果最优，提高进水流速、增加滤床压降和降低污水碱性有利于过滤的进行。探究了臭氧对含油含聚污水的处理效果，结果表明臭氧可通过降解聚合物以显著降低含聚污水黏度，同时污水的浊度和含油量也会显著下降。测定了臭氧降黏的有效消耗量，结果表明5mg臭氧可把500mL的含聚污水黏度从2.6mPa·s降低到1mPa·s以下。最后提出了采用臭氧对过滤污水预处理及处理过滤装置中的板结滤料、提高过滤效率的建议。     

钙基膨润土钠化工艺过程及其对矿浆黏度影响研究

为解决膨润土钠化过程中矿浆变黏的问题,系统研究了碳酸钠用量、矿浆浓度以及分散剂对钠化效果及矿浆黏度的影响,探讨了降低矿浆浓度和加分散剂的作用机理。结果表明:当采用降低矿浆浓度的方法时,“卡房”结构明显减少,矿浆变黏的问题得到改善,但同时会增大矿浆量,增加处理难度;当采用添加分散剂焦磷酸钠的方法时,磷酸根离子吸附在蒙脱石的正电性边缘,可以增加蒙脱石之间的排斥力,从而降低矿浆的黏度,有利于提高钠化效果。当焦磷酸钠用量为0.5%(质量分数)、矿浆浓度为5%(质量分数)、碳酸钠用量为5%(质量分数)时可制得高品质的钠基膨润土,与未钠化相比,在该条件下钠化1.5 h,得到的钠基膨润土胶质价由95 mL/15 g提高至975 mL/15 g,膨胀指数由8 mL/2 g提高至25 mL/2 g。     

抗高温耐盐型钻井液用降滤失剂的合成与性能评价

选用对苯乙烯磺酸钠(SSS)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)单体为原料,利用自由基聚合的方式,得到一种抗高温耐盐聚合物降滤失剂.通过傅里叶红外光谱分析(FT-IR)表明合成产物结构与设计结构相符.当降滤失剂加量为1.8%时,室温下和210℃下淡水基浆的滤失量分别为7.9mL和13.5mL;在25%NaCl和3%CaCl₂的盐水泥浆中,钻井液的滤失量分别为14.8mL和11.0mL.通过扫描电镜(SEM)可以分析钻井液形成的滤饼的微观结构,由此得到降滤失剂作用的机理是:当降滤失剂吸附在黏土表面时,降滤失剂可以使黏土颗粒在钻井液中分散,从而形成致密的滤饼来减少滤失量.     

一种吸水树脂堵漏剂的制备与性能研究

吸水树脂是一种新型的堵漏材料,能够很好地解决钻井过程中的钻井液漏失问题,同时可有效地防止钻井液固相入侵地层裂缝而对油气层造成伤害。本文以丙烯酸、丙烯酰胺和长碳链疏水单体为原料,复合钠基蒙脱土,制备了一种适合于油气井钻探的耐盐耐压水膨体堵漏材料。分析了制备该吸水树脂各因素对其性能的影响,解释了聚合物吸水堵漏的机理,并通过室内模拟现场堵漏试验证明了这种聚合物用于钻井堵漏的可行性。     

长庆油田注水井调剖用弱凝胶的研发

本文通过实验研发出了调剖用星形聚合物CQS-1及延迟交联剂CJL-3,制备出一种聚合物凝胶。该凝胶具有延迟交联性能,其成胶时间为46.5h,成胶后粘度65893mPa·s,成胶后的凝胶置于60℃温度时老化6个月,粘度保留率为88.5%,凝胶代码为D型。研发的延迟交联聚合物凝胶性能满足长庆油田注水井用弱凝胶调剖剂技术要求,可用于油田注水井调剖。