油井水泥浆高温悬浮稳定剂的开发及性能研究

针对油井水泥浆高温沉降失稳问题,引入疏水单体N-十四烷基丙烯酰胺,制备了一种高温悬浮稳定剂,并测试了稳定剂的热增黏性能,分析了热增黏机理。综合评价了高温悬浮稳定剂对油井水泥浆沉降稳定性、流变性能、稠化性能和水泥石抗压强度的影响。结果表明,高温悬浮稳定剂通过分子间疏水缔合作用增加高温水泥浆的黏度;稳定剂的适用温度为60~150℃,最佳加量为0.15%;控制水泥石的密度差在0.025 g/cm3以内,具有非常良好的防沉降性能;稳定剂保证水泥浆的稠度系数变化很小,在4.441~5.760 Pa·sn范围内,保证水泥浆浆体稠度稳定;稳定剂对水泥石强度影响较小,水泥石强度满足固井施工要求。      

固井水泥浆用高温稳定剂BH-HS004S的研制与应用

针对水泥浆在高温条件下稳定性差的难题,将通过聚合反应制得的生物聚合物A（改性定优胶）与天然矿物B以2∶3配比进行复配,得到一种性能优异的固井水泥浆用高温稳定剂BH-HS004S,抗温达240℃,在40～50℃开始发生热增稠现象。该高温稳定剂适用于常规密度水泥浆、低密度水泥浆和高密度水泥浆三种水泥浆体系,通过实验表明,常规密度水泥浆推荐加量0.2%～0.4%,适用最高温度为210℃,低密度水泥浆推荐加量0.8%～1.0%,适用最高温度为180℃,高密度水泥浆推荐加量1.0%～1.2%,适用最高温度为160℃。该高温稳定剂具有低温条件不明显增稠,高温条件抑制水泥浆变稀,与其他外加剂配伍性好,对水泥浆其他综合性能无不良影响等优点,能有效解决三种水泥浆体系高温沉降稳定性差的难题,并且现场应用5井次,效果良好,固井质量优质。     

高温悬浮稳定剂DRY-S2的研究及应用

水泥浆在高温条件下的稳定性差,尤其低密度水泥浆的稳定性很难得到保证,这使水泥浆性能难以满足固井要求,并直接关系到固井施工安全和固井质量.为解决这一难题,研制出了高温悬浮稳定剂DRY-S2,其由有机高分子(悬浮剂A)、无机矿物(稳定剂B)及表面活性剂(助剂C)组成.加入DRY-S2的低密度水泥浆在温度低于100℃时,DRY-S2的有机高分子起稳定作用,且不会提高浆体的初始稠度;当温度超过100 ℃时,由于温度的激发,其迅速形成立体网架结构,具有“二级”悬浮稳定作用.通过与不加DRY-S2的水泥浆进行对比,加入DRY-S2的水泥浆可以更好地维持浆体稳定性.现场应用加入该悬浮稳定剂的水泥浆固井,固井质量优良.     

疏水缔合型聚丙烯酰胺的合成与性能评价

为了提高高相对分子质量的聚丙烯酰胺的抗温抗盐性能,利用自制的两亲表面活性单体与丙烯酰胺共聚合成了疏水缔合型聚丙烯酰胺并进行室内评价。结果表明,在高温、高盐、高钙条件下,合成的疏水缔合型聚丙烯酰胺具有良好的增粘性和较强的热稳定性;克服了疏水缔合型聚合物在盐水中溶解性差的问题,可用各种矿化度的盐水和油田产出污水配制;具有良好的无机盐增粘性能和抗温性能。     

疏水缔合聚合物 AHAPAM的制备与性能评价

为获得耐温性能良好的疏水缔合聚合物,以丙烯酰胺(AM)、对苯乙烯磺酸钠(SSS)、N,N-二甲基十八烷基烯丙基氯化铵(DMAAC-18)为原料制备了一种两性疏水缔合聚合物AHAPAM。通过测定AHAPAM溶液的黏度优化了AHAPAM的制备条件,研究了AHAPAM的耐温抗盐性能。结果表明,在DMAAC-18和SSS摩尔分数分别为1.5%和0.6%、单体质量分数25%、引发剂((NH4)2S2O8与Na HSO3摩尔比1.2∶1)加量0.2%、反应温度45℃、p H值为9、反应时间6 h的最佳合成条件下制得的AHAPAM的临界缔合浓度值为0.19%。AHAPAM浓度高于临界缔合浓度时,聚合物疏水链间以分子间缔合为主并形成空间网状结构。AHAPAM的抗温性能良好,0.50%AHAPAM溶液在120℃、170 s~(-1)下剪切1.4 h的黏度约为90 m Pa·s。AHAPAM的抗盐性能较好,在氯化钠和氯化钙加量为18%和15%时,AHAPAM溶液的黏度约为330 m Pa·s。     

新型疏水缔合物的合成与性能评价

用胶束共聚法室内合成了PAHY系列疏水缔合水溶性聚合物。通过优选法,选定PAHY-2进行性能评价实验。结果表明,该疏水缔合物在水溶液中的抗温、耐盐和抗剪切性都好于传统的水溶性聚合物。     

长链端基疏水缔合减阻剂的制备与性能评价

为发展新型滑溜水减阻剂,以丙烯酰胺（AM）、疏水单体十二烷基二甲基烯丙基氯化铵（C₁₂DMAAC）、丙烯 酸钠（NaAA）为原料,通过自制长链疏水引发剂2,2''-偶氮二异丁基十二脒盐酸盐（AIBL）制备了长链端基疏水 缔合聚合物（HPAM-L）,通过红外光谱仪、核磁共振波谱仪、乌氏黏度计、荧光分光光度计和旋转流变仪等对 HPAM-L 的结构与性能进行表征,利用压裂液摩阻测试仪测定了不同浓度HPAM-L溶液的减阻性能。结果表 明,HPAM-L 的相对分子质量为7.43×10⁶,临界缔合浓度为1～1.5 g/L,具有良好的耐温性和剪切稳定性。 HPAM-L的水溶液具有较宽的线性黏弹区,且浓度越高弹性特征越明显。在溶液质量分数为0.075%、0.086%、 0.1%、0.15%下的最大减阻率分别可达到71.6%、73.1%、73.3%和74.1%,减阻性能良好。     

两端疏水聚丙烯酰胺的合成及疏水缔合性能

为获得疏水缔合作用较好的两端疏水聚合物及其性能特征,以丙烯酰胺(AM)为单体,2,2'-偶氮二异丁基十二脒盐酸盐(AIBL)为引发剂,双(硫代苯甲酰基)二硫化物(BTBDS)为链转移试剂,在二甲基亚砜(DMSO)中进行可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT),制得端基疏水聚丙烯酰胺;再进行过氧化双月桂酰(LPO)和AIBL的联合自由基诱导处理,获得两端疏水聚丙烯酰胺。采用核磁、凝胶渗透色谱、紫外、荧光芘探针和表面张力测试对AM的转化率、聚合物的分子量及其分布,以及疏水缔合作用进行了研究。结果表明,通过调整引发剂AIBL的加量和反应时间可以控制单体AM的转化率和聚合速率。当采用体积分数35%的乙腈与水共混溶剂作淋洗液时,可以较为准确地测定聚合物的分子量及其分布。一定转化率下,用RAFT法合成聚丙烯酰胺时,单体转化率和聚合反应速率均随反应时间的增加而线性增加,聚合物的分子质量分布系数约为2.0,表明该制备方法具有一定程度的可控性;与端基疏水聚丙烯酰胺相比,两端疏水聚丙烯酰胺的分子质量略有增加,分子量分布变化较小,分子内缔合强,临界缔合浓度(c_(CAC)=2 g/L)有所增加,聚合物浓度大于c_(CAC)后的疏水缔合作用强。     

疏水缔合水溶性聚丙烯酰胺的溶液结构的研究

应用流变学方法及扫描电镜,环境扫描电镜手段对疏水缔合聚烯酰胺和传统的超高分子量部分的水解聚丙烯酰胺进行了对比研究。结果表明,在相同浓度的条件下,前者的增粘能力远大于后者。其原因在于前者通过疏水缔合作用在溶液中形成了三维网络状结构。在不同浓度和不同放大倍数的条件下观察到的溶液结构具有一定的自相似性,说明该疏水缔合水溶必聚合物的溶液结构具有一定的分形特性。     

新型两性离子固井缓凝剂合成与性能评价

针对目前常用的缓凝剂在长封固段固井中存在高温失效,顶部水泥石强度发展缓慢,温度、加量敏感等问题,以丙烯酸（AA）、衣康酸（IA）、2丙烯酰胺-2甲基丙磺酸（AMPS）和一种新型阳离子单体（X）为原料,合成一种高温缓凝剂CXT-1。得到最佳合成条件:单体物质的量比为37∶8∶8∶6,反应温度为60℃,溶液pH值为4,反应时间为4 h,引发剂加量为0.3%。通过红外光谱、核磁共振和热失重分析对其进行表征,同时评价了添加缓凝剂CXT-1水泥浆体系的综合性能。实验结果表明,CXT-1中含有4种单体的特征官能团,330℃之前未出现明显质量损失,热稳定性高。缓凝剂CXT-1在90～180℃下可延长水泥浆稠化时间,180℃下稠化时间可达368 min,加量敏感系数最小为0.48,最大为1.73,温度敏感性系数最大为6.2%,均低于行业标准要求。60～100℃下24 h顶部水泥石强度最低可达10.6 MPa,满足现场施工要求。电导率、XRD、SEM分析表明,缓凝剂的作用机理为多点吸附控制水化作用、抑制Ca（OH）2晶体生长以及络合作用共同作用的结果。      

耐温抗盐疏水缔合聚合物的制备与性能评价

传统的聚合物驱油剂难以满足耐温耐盐和长期老化热稳定性的要求.以N-苯乙基-N-十二烷基甲基丙烯酰胺(PEDMAM)为疏水单体、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AMPS)为功能单体,与丙烯酰胺(AM)共聚制备了水溶性疏水缔合聚合物PSA,考察了最优单体(AM、AMPS、PEDMAM)质量比为83:15:2时共聚物的综合性...     

含氟疏水缔合压裂液稠化剂的合成及性能研究

为提高疏水缔合聚丙烯酰胺的性能, 以 1H, 1H, 2H, 2H-十七氟癸烷丙烯酸酯 （HFA） 为疏水单体, 以丙烯酰胺 （AM）、 丙烯酸 （AA） 为水溶性单体, 采用胶束聚合法合成了含氟疏水缔合聚丙烯酰胺 （FAPAM）。用红外光谱仪对产物结构进行了表征, 研究了 AA和 HFA加量对 FAPAM表观黏度和相对分子质量的影响, 考察了 FAPAM的耐温性、 抗剪切性、 抗盐性及交联性。研究结果表明, FAPAM为 AM、 AA、 HFA的三元共聚物; AA和 HFA加量分别为单体总质量的 30%数 40%和 0.5%时, 合成的 FAPAM的表观黏度 （3376.7 mPa·s） 最大。FAPAM的耐温性较好, 在 110℃下放置 1 h后的表观黏度大于 100 mPa· s; FAPAM的抗剪切性较好, 在 300 r/min下剪切 48 h的表观黏度大于 500 mPa·s; 在 Na⁺或 Ca²⁺质量浓度为 0.5 g/L时, FAPAM的表观黏度大于 50 mPa·s, 抗盐性好于 PAM（HFA加量为 0）; 在 30℃下, FAPAM可与有机铬快速交联。FAPAM的耐温性、 抗盐性和耐剪切性均优于 PAM,可以作为压裂液稠化剂使用。图 6表 3参 15     

微嵌段长度对疏水缔合聚合物流变性能的影响

为揭示疏水缔合聚合物结构与性能的关系,采用稳态应力扫描、剪切速率扫描、频率扫描等流变性实验方法,研究了疏水缔合聚合物（丙烯酰胺、丙烯酸钠和十二烷基丙烯酰胺共聚物,疏水单体十二烷基丙烯酰胺含量0.2 mol%）的微嵌段长度（N_H）对其流变性能的影响规律。研究结果表明：随着微嵌段长度的增加,聚合物的缔合效应加强,更易于形成可逆空间网络结构;同时其临界缔合浓度（CAC）逐渐降低,会使其增黏能力、黏弹性能均有很大提升;当N_H 从3.3 增至12.5 时,CAC 从1684 mg/L 降为846 mg/L,零剪切黏度从204.73 mPa·s 增至65833.19 mPa·s,松弛时间从0.07 s 增至12.64 s。流变实验结果表明,疏水缔合聚合物的缔合与解缔合是一个可逆的动态过程,微嵌段长度越长,经剪切作用破坏后的结构黏度重新恢复速度越慢,但其恢复后的黏度越高。在一定范围内升高温度和增加溶液离子强度有利于增强缔合效应,从而促使疏水缔合聚合物的抗温、抗盐性能在一定程度上提高。图8表1 参33     

一种疏水缔合聚合物水溶液的黏弹性与减阻特性研究

本文考察了一种疏水缔合聚合物BCG-1溶液的粘弹性,使用自制的流动回路摩阻测试系统测定了不同浓度下疏水缔合聚合物水溶液的摩阻性并进行了现场试验。实验结果表明：不同浓度的BCG-1水溶液的第一法向应力差N1均随剪切应力的增大而增加,高剪切应力条件下,表现出更强的弹性效应,且浓度越大,相同剪切应力条件下第一法向应力差N1的值越大;浓度小于临界缔合浓度时,G'小于G〞,分子链之间的缔合作用较弱,溶液中没有形成有效的空间结构,随着BCG-1浓度高于临界缔合浓度后,G'大于G〞,分子链之间的缔合作用增强;随着浓度的增加,疏水缔合聚合物溶液的G'和G"逐渐接近平行,疏水缔合作用对黏弹性的贡献所占比例逐渐减小,分子主链之间的相互缠结作用对黏弹性的贡献所占比例逐渐增大。降阻率随浓度的增加先上升后降低,在强剪切作用下,分子主链之间解缠结作用所需时间更长,水溶液的流动性减弱,降阻能力反而下降。增加相对分子质量并不是提高聚合物降阻能力的唯一方法,疏水缔合聚合物浓稠水溶液体系同样具有良好的降阻能力,现场施工表明,最高降阻率超过70%。     

非常规稠油开采用磺化疏水缔合聚合物研究

为了有效地冷采非常规稠油,本文用丙烯酰胺类新型表面活性单体制备了含AMPS的疏水缔合聚合物SAP,研究了SAP溶液的黏度特性及耐温抗盐性,并进行了模型驱替稠油实验。实验结果表明:SAP聚合物的临界缔合浓度为2200mg/L;SAP溶液在浓度大于临界缔合浓度时表现出"盐增稠"现象;在80℃恒温老化90d后,SAP溶液的黏度保留率为5%。SAP驱替稠油的采收率曲线呈现S型,水驱残余油饱和度越高,疏水缔合聚合物驱替稠油越有效,使用高浓度和大段塞的SAP溶液驱替稠油增加采收率效果更好。SAP乳化了的稠油呈不连续状产出,阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵DTAB可作为疏水缔合聚合物产出稠油的高效破乳剂。图8表2参12     

油田用疏水缔合物的分子设计

从疏水缔合物的疏水效应和疏水机理出发，论述了疏水缔合物结构与性能的关系，并结合现阶段疏水缔合物研究现状以及油田用疏水缔合物的要求，对油田用疏水缔合聚丙烯酰胺共聚物的分子设计进行了综述。     

疏水缔合聚合物临界缔合浓度研究

认为水溶性疏水缔合聚合物在水溶液中的疏水缔合可分为两个阶段 ,聚合物浓度大于第一临界缔合浓度(CAC1)后发生分子内和分子间缔合 ,粘浓曲线斜率增大 ,在第二临界缔合浓度 (CAC2 )下分子内缔合 (引起粘度下降 )达到平衡 ,此后缔合主要发生在分子间 ,粘浓曲线斜率再次增大。由粘浓曲线测定了 3种商品聚合物的CAC1和CAC2 ,考察了多种因素的影响。CAC1和CAC2 随 pH值的增大 (4 .8～ 8.2 )近似地呈线性降低 ,随矿化度增大(1.0～ 10 0 g/L)趋于升高 ,随温度升高 (2 0～ 5 0℃ )略有升高 ,随剪切速率增大 (32～ 10 3s-1)保持不变。在聚合物S3(M =1.2 8× 10 7,HD =2 9.3% )溶液中加入 6 .0 g/L重烷苯磺酸钠 (该加量处于与溶液增粘峰对应的浓度范围 ) ,使CAC1和CAC2 由 970和 2 14 0mg/L降至 5 6 7和 110 0mg/L。讨论了矿化度、外加阴离子表面活性剂等对疏水缔合的影响。图 2表 2参 11。     

疏水缔合聚丙烯酰胺的结构表征及其缔合作用

研究了驱油用疏水缔合聚丙烯酰胺(HAP)的分子结构,并采用黏度、电导率、表面张力、荧光芘探针法测量了HAP溶液的临界缔合浓度(CAC),利用动态光散射(DLS)和扫描电镜(SEM)验证结果的可靠性,并分析HAP分子的缔合作用。结果表明,HAP为含有苯环且部分酰胺被取代的磺酸根阴离子疏水缔合型聚丙烯酰胺,不同方法测得的CAC为150~200 mg/L。HAP溶液质量浓度为100 mg/L时,粒径呈单峰状分布,无空间网络结构,表观黏度仅为21.67 mPa·s;200 mg/L时出现了分子间缔合,形成骨架较细的空间网络结构,粒径呈双峰状分布,聚合物黏度明显增大;500 mg/L时分子间缔合增强,粒径分布双峰右移,形成骨架较粗的空间网络结构,聚合物黏度显著提高为105.5 mPa·s。