本文選題：陽離子超支化聚合物 + 鉆井液　； 參考：《西南石油大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：超支化聚合物是一種具有高度分支拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的樹枝狀聚合物。因其獨特的三維球狀結(jié)構(gòu)、表面富集大量的端基使其具有較高的反應(yīng)活性和較高的吸附能力,同時具有高溶解度、低粘度以及合成操作簡單的特點,在涂料、生物醫(yī)藥、生命科學(xué)、化妝品、納米材料以及石油工程等領(lǐng)域都有廣泛的研究應(yīng)用。但在石油工程領(lǐng)域作為泥頁巖抑制劑和微孔隙封堵劑的研究未見報道。本文研究端氨基超支化聚合物(HP-NH2)和端季銨鹽超支化聚合物(HP-HTC)兩種陽離子超支化聚合物的制備,并將其應(yīng)用于頁巖氣鉆井液-鉀鈣基聚磺潤滑鉆井液,以強(qiáng)化該鉆井液體系對泥頁巖的抑制性和對微孔隙的封堵性。本文以丁二酸酐和二乙烯三胺為原料,四氫呋喃為溶劑,合成了一種以胺基為端基的陽離子型超支化聚合物(HP-NH2),然后以環(huán)氧丙基三甲基氯化銨對HP-NH2端基進(jìn)行改性得到了以季銨鹽為端基的陽離子超支化聚合物(HP-HTC)。采用FT-IR紅外光譜、TOF LC/MS、1H-NMR、TGA、GPC以及SEM等對單體和超支化聚合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性能表征。結(jié)果表明AB2單體、HP-NH2以HP-HTC真實被合成。以線性膨脹實驗、頁巖滾動回收實驗、抑制造漿實驗以及沉降實驗測試了 HP-NH2和HP-HTC的抑制能力,實驗結(jié)果證明HP-NH2和HP-HTC對粘土的水化分散和水化膨脹有良好的抑制性能,且其抑制性隨著端基質(zhì)量摩爾濃度的增加而增加。其中3%HP-NH2(N=4.77mol/kg)和3%HP-HTC(C=3.89 mol/kg)的線性膨脹率分別為26.9%和22.4%,頁巖滾動回收率分別為71.14%和73.03%。以壓力傳遞實驗、滲流實驗以及API濾失實驗測試了 HP-NH2和HP-HTC的封堵能力,實驗結(jié)果證明HP-NH2和HP-HTC對納米孔隙以及低滲透巖心有著良好的封堵能力,且其封堵性隨著端基質(zhì)量摩爾濃度的增加而增加。其中API濾失實驗表明3%HP-NH2(N=4.77mol/kg)和3%HP-HTC(C=3.889mol/kg)以有效降低濾失量,且其濾失量均約為基漿的50%,同時證明陽離子超支化聚合物不是通過增加濾液粘度來起降濾失作用。本文通過FT-IR光譜測試、XRD測試、Zeta電位測試以及激光粒度分析了 HP-NH2和HP-HTC對粘土水化分散和水化膨脹的抑制機(jī)理。分析得到HP-NH2和HP-HTC是通過降低或反轉(zhuǎn)粘土表面Zeta電位、壓縮擴(kuò)散雙電層來抑制粘土的水化分散,通過進(jìn)入粘土層間,置換水化陽離子,且在粘土表面形成水化膜來抑制粘土的水化膨脹。以SEM測試初步分析了 HP-NH2和 HP-HTC的封堵機(jī)理,結(jié)果表明其可以參與泥餅的形成,封堵泥餅微孔隙來降低濾失量。最后研究了 HP-NH2和HP-HTC加入頁巖氣鉆井液-鉀鈣基聚磺潤滑鉆井液后其流變性、抑制性和封堵性的變化。結(jié)果表明,在該鉆井液體系中HP-NH2和HP-HTC的最佳加量為3%,其動塑比分別為0.36和0.37,且研究表明HP-NH2和HP-HTC的加入對該鉆井液體系的抑制性和封堵性有極大的強(qiáng)化,其中HP-NH2對抑制性的強(qiáng)化弱于HP-HTC,對封堵性的強(qiáng)化則強(qiáng)于HP-HTC。
[Abstract]:Hyperbranched polymer is a kind of dendritic polymer with highly branched topology. Because of its unique three-dimensional spherical structure, the surface enriched with a large number of end groups, it has higher reaction activity and higher adsorption capacity, and has the characteristics of high solubility, low viscosity and simple synthesis operation in coatings, biomedicine, Life science, cosmetics, nanomaterials and petroleum engineering have been widely used. However, researches on shale inhibitors and micropore plugging agents in petroleum engineering have not been reported. In this paper, two kinds of cationic hyperbranched polymers (HP-NH2) and quaternary ammonium salt hyperbranched polymers (HP-HTC) were prepared and applied to shale gas drilling fluid, potassium calcium based polysulfonate lubricated drilling fluid. In order to enhance the inhibition of the drilling fluid system to shale and the plugging of micropores. In this paper, using succinic anhydride and diethylenetriamine as raw materials, tetrahydrofuran as solvent, A cationic hyperbranched polymer (HP-NH _ 2) based on amine group was synthesized, and then modified with epichloropropyl trimethylammonium chloride to form a cationic hyperbranched polymer (HP-HTCN) with quaternary ammonium salt as the terminal group. The structure and properties of monomers and hyperbranched polymers were characterized by FT-IR infrared spectra and TOF LC / MS / MS-1H-NMR-TGA GPC and SEM. The results showed that AB2 monomer HP-NH _ 2 was actually synthesized as HP-HTC. The inhibition ability of HP-NH2 and HP-HTC was tested by linear expansion test, shale rolling recovery test, slurry inhibition experiment and sedimentation test. The experimental results show that HP-NH2 and HP-HTC have good inhibition performance on hydration dispersion and hydration expansion of clay. The inhibition increased with the increase of the molar concentration of terminal groups. The linear expansion rates of HP-NH _ 2N _ (4.77 mol / kg) and 3%HP-HTC(C=3.89 mol / kg) were 26.9% and 22.4%, respectively, and the shale rolling recovery rates were 71.14% and 73.03%, respectively. The plugging ability of HP-NH2 and HP-HTC was tested by pressure transfer experiment, seepage experiment and API filtration experiment. The experimental results show that HP-NH2 and HP-HTC have good plugging ability to nanometer pore and low permeability core. The plugging ability increases with the increase of the molar concentration of terminal groups. The API filtration experiment showed that 3HP-NH _ 2N _ (4.77 mol / kg) and 3 ~ (th) HP-HTCU ~ (3.889 mol 路kg ~ (-1) were effective in reducing the filtration loss, and the filtration loss was about 50% of the base pulp. It was also proved that the cationic hyperbranched polymer did not increase the viscosity of the filtrate to take off or decrease the filtration loss. In this paper, the inhibition mechanism of HP-NH2 and HP-HTC on hydration dispersion and hydration expansion of clay was analyzed by means of FT-IR spectra and X-ray diffraction (XRD) measurements of Zeta potential and laser particle size. It is found that HP-NH2 and HP-HTC inhibit the hydration dispersion of clay by decreasing or reversing the Zeta potential on the surface of clay and by compression diffusion double electric layer, and by entering the clay layer, the hydrated cations are replaced. The hydration film is formed on the clay surface to inhibit the hydration expansion of the clay. The plugging mechanism of HP-NH2 and HP-HTC was preliminarily analyzed by SEM test. The results showed that HP-NH2 and HP-HTC could participate in the formation of mud cake and close the micropores of mud cake to reduce filtration loss. Finally, the change of rheology, inhibition and plugging property of HP-NH2 and HP-HTC in shale gas drilling fluid with potassium calcium based polysulfonate lubricated drilling fluid was studied. The results show that the optimum addition of HP-NH2 and HP-HTC in the drilling fluid system is 3 and the dynamic plastic ratio is 0.36 and 0.37, respectively. The results show that the addition of HP-NH2 and HP-HTC can greatly enhance the inhibition and plugging performance of the drilling fluid system. The enhancement of inhibition by HP-NH2 was weaker than that of HP-HTC, and the enhancement of plugging was stronger than that of HP-HTC.
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ317;TE254

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