本文關(guān)鍵詞：一種自匹配油井水泥緩凝劑的研制

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【摘要】：以丙烯酸(AA)、甲基丙烯磺酸鈉(MAS)、三甲基烯丙基氯化銨(TMAAC)和親水長鏈烯類單體(LN)為原料,過硫酸銨(APS)為引發(fā)劑,采用自由基聚合法合成了一種四元共聚物(SY),作為油井水泥緩凝劑。通過正交實驗和單因素法確定最佳合成條件：單體摩爾比為nAA:nMAS:nLN:nTMAAC=4:1:0.15:0.5,引發(fā)劑(APS)5.0%,反應溫度80℃C,單體濃度30%,pH值為5,反應時間20h,在此條件下合成的共聚物緩凝效果良好。用紅外光譜和核磁共振H譜對緩凝劑SY進行表征,吸收峰和化學位移峰中存在分子設計側(cè)鏈功能基團的特征峰,表明緩凝劑SY是通過AA/MAS/LN/TMAAC四種單體合成的有效共聚物,熱重分析(TGA)表明,緩凝劑SY在250℃以內(nèi)不會明顯分解,可以在較寬的溫度范圍內(nèi)使用。將最優(yōu)條件下合成的緩凝劑SY應用到油井水泥中,研究其緩凝性能、加量敏感性、溫度敏感性以及配伍性等,結(jié)果表明：SY能夠抗200℃的高溫,加量在4%時稠化時間能夠達到409min,加量與稠化時間的線性關(guān)系良好,在90～200℃溫度范圍內(nèi)稠化時間可調(diào)；溫度敏感系數(shù)小于5.0%,加量敏感系數(shù)最大為1.68,均滿足行業(yè)標準要求；在不同品牌油井水泥中適應性良好,與其他常用外加劑配伍性良好；對水泥石強度影響較小,有一定減阻作用,能夠明顯改善水泥漿的流變性。研究了緩凝劑SY在不同水泥漿體系中的應用性能,優(yōu)化出了2.10、2.20、2.30g/cm3三個高密度水泥漿體系,150℃稠化時間在270-355min可調(diào),120℃養(yǎng)護24小時抗壓強度能夠達到10.8MPa。優(yōu)化出了1.30、1.38、1.50g/cm3三個低密度水泥漿體系,150℃C的稠化時間在320-360min可調(diào),120℃養(yǎng)護24h抗壓強度能夠達到10.5MPa。加量在滿足180℃稠化時間的前提下,溫差為60℃時,稠化時時間在313-362min之間,120℃下養(yǎng)護24h水泥石強度會達到16.1MPa。通過X衍射、電鏡掃描、低場核磁和絡合滴定等方法,探究了緩凝劑SY對油井水泥作用機理。結(jié)果表明緩凝劑SY有以下幾種作用：緩凝劑SY能夠吸附包裹在水泥顆粒表面,形成低滲透高分子包裹層有效控制水向水泥顆粒內(nèi)部滲透,延緩水泥的水化速率；陽離子基團加入可與水泥水化初期少量陰離子結(jié)合,進行自匹配吸附,增加緩凝劑SY吸附作用,延長緩凝時間；緩凝劑SY的加入增加了Ca(OH)2飽和溶解度,延緩Ca(OH)2結(jié)晶形成時間,增強了緩凝能力；分子中的-COO-、-SO3-對Ca2+絡合作用,延緩水泥漿中Ca(OH)2結(jié)晶生成。綜上所述,緩凝劑SY抗溫能力強,緩凝能力強,適用溫度范圍寬,對不同品牌水泥及外加劑適應性強,有較好的實際應用前景。
【關(guān)鍵詞】：固井 油井水泥 緩凝劑 稠化時間 作用機理
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ172.462;TE256
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 目的和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外油井水泥緩凝劑的研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 木質(zhì)素磺酸鹽及其衍生物10
• 1.2.2 羥基羧酸鹽類10
• 1.2.3 纖維素衍生物10-11
• 1.2.4 有機磷酸鹽類11
• 1.2.5 復合物類11
• 1.2.6 無機化合物11-12
• 1.2.7 合成聚合物類緩凝劑12-13
• 1.3 常用緩凝劑存在的問題及發(fā)展趨勢13-14
• 1.3.1 目前緩凝劑存在的問題13-14
• 1.3.2 油井水泥緩凝劑的發(fā)展趨勢14
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容14-15
• 第2章 自匹配緩凝劑SY的設計、合成與表征15-30
• 2.1 緩凝劑的基本要求15
• 2.2 緩凝劑的分子結(jié)構(gòu)設計思路及反應原理15-18
• 2.2.1 主鏈設計16
• 2.2.2 功能基團的設計16
• 2.2.3 緩凝劑的單體確定16-18
• 2.3 合成實驗藥品、儀器及合成方法18-19
• 2.3.1 實驗藥品、儀器18
• 2.3.2 合成方法18-19
• 2.3.3 評價分析方法19
• 2.4 緩凝劑的合成19-27
• 2.4.1 影響緩凝劑緩凝性能關(guān)鍵因素篩選19-20
• 2.4.2 單體配比研究20-22
• 2.4.3 反應溫度的優(yōu)化22-23
• 2.4.4 引發(fā)劑對緩凝劑性能的影響23-24
• 2.4.5 反應體系pH值的優(yōu)化24-25
• 2.4.6 單體濃度研究25
• 2.4.7 反應時間對緩凝性能影響25-26
• 2.4.8 最佳合成條件26
• 2.4.9 最佳合成條件的驗證與穩(wěn)定性試驗26-27
• 2.5 結(jié)構(gòu)表征27-29
• 2.5.1 紅外光譜分析27-28
• 2.5.2 核磁共振H譜分析28
• 2.5.3 熱重曲線分析28-29
• 2.6 本章小節(jié)29-30
• 第3章 緩凝劑SY的綜合性能研究30-51
• 3.1 實驗儀器及試劑30-31
• 3.1.1 實驗藥品及材料30-31
• 3.1.2 實驗儀器31
• 3.2 緩凝劑SY的性能研究31-44
• 3.2.1 緩凝劑SY在不同溫度下稠化時間調(diào)節(jié)能力研究31-34
• 3.2.1.1 緩凝劑SY適用溫度范圍實驗31-33
• 3.2.1.2 緩凝劑SY不同溫度下稠化時間可調(diào)性研究33-34
• 3.2.2 緩凝劑SY溫度敏感性研究34-36
• 3.2.3 緩凝劑SY加量敏感性研究36-39
• 3.2.4 緩凝劑SY對水泥漿流變性的影響39-40
• 3.2.5 緩凝劑SY對水泥漿密度、游離液的影響40-41
• 3.2.6 緩凝劑SY對水泥石強度的影響研究41-42
• 3.2.7 緩凝劑SY抗鹽性能研究42
• 3.2.8 緩凝劑SY的配伍性研究42-44
• 3.3 緩凝劑SY在不同水泥漿體系中的應用研究44-49
• 3.3.1 高密度水泥漿體系44-46
• 3.3.2 低密度水泥漿體系46-48
• 3.3.3 緩凝劑SY用于長封固段固井的適應性48-49
• 3.4 本章小節(jié)49-51
• 第4章 緩凝劑SY對油井水泥作用機理研究51-63
• 4.1 實驗儀器及試劑51-52
• 4.1.1 實驗藥品51
• 4.1.2 實驗儀器51-52
• 4.2 水泥的X衍射實驗52-53
• 4.2.1 水泥X衍射樣品的制備52
• 4.2.2 水泥樣品的X衍射52-53
• 4.3 緩凝劑SY對氫氧化鈣飽和溶解度的影響53-54
• 4.3.1 實驗方法53
• 4.3.2 實驗結(jié)果及分析53-54
• 4.4 緩凝劑SY中陽離子對緩凝性能的影響54-57
• 4.4.1 陽離子單體含量與吸附量研究54-56
• 4.4.2 陽離子加量對稠化時間和強度影響56-57
• 4.5 利用低場核磁觀察吸附量57-58
• 4.6 緩凝劑SY水泥體系電鏡分析58-60
• 4.7 緩凝劑SY作用機理分析60-61
• 4.8 本章小結(jié)61-63
• 第5章 結(jié)論與建議63-65
• 5.1 結(jié)論63
• 5.2 建議63-65
• 致謝65-66
• 參考文獻66-69
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果69

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