本論文研究了有機(jī)蒙脫石、有機(jī)坡縷石和有機(jī)海泡石在油基鉆井液體系中的流變性能和調(diào)控機(jī)制,從礦物結(jié)構(gòu)、礦物化學(xué)以及界面反應(yīng)的角度探索了有機(jī)黏土在油基鉆井液中流變性的制約機(jī)理。有機(jī)蒙脫石在油基體系中的結(jié)構(gòu)變化主要經(jīng)過分散、膨脹和剝離三個(gè)階段在油基體系中形成“卡房式”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。有機(jī)改性劑性質(zhì)、用量以及溫度影響有機(jī)蒙脫石在油基鉆井液中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制和強(qiáng)度,并以此制約油基鉆井液的流變性能。有機(jī)改性劑通過陽離子交換反應(yīng)插入蒙脫石層間,并增大蒙脫石的層間距。改性劑的極性越低、分子越大、用量越多,制備出的有機(jī)蒙脫石層間距越大、親油性越好,在油基鉆井液中的流變性能越突出。老化溫度的升高促進(jìn)了有機(jī)蒙脫石在油基體系中的膨脹或剝離程度,進(jìn)而提升了油基鉆井液的流變性能。但是,180℃以上的高溫將降低有機(jī)蒙脫石在油基鉆井液中的流變性。有機(jī)蒙脫石在油基鉆井液中的熱穩(wěn)定性受有機(jī)改性劑脫附和熱分解的雙重影響。有機(jī)改性劑通過陽離子交換反應(yīng)和物理作用吸附于坡縷石和海泡石礦物表面,進(jìn)而改善黏土礦物與油的相容性。有機(jī)坡縷石(有機(jī)海泡石)的納米纖維或晶束在油基體系中通過分散、搭接而形成無序的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而提升油基鉆井液的流變性。納米纖維之間的摩擦力制約網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。有機(jī)分子與礦物的表面的納米孔道結(jié)構(gòu)的界面作用是制約有機(jī)坡縷石(有機(jī)海泡石)流變性的重要因素。有機(jī)分子插入礦物的納米通道或者表面凹槽顯著提升其流變性和熱穩(wěn)定性。由于坡縷石和海泡石的納米通道尺寸差異,兩者對有機(jī)改性劑的選擇也不同。以質(zhì)量比為1:1有機(jī)蒙脫石和有機(jī)坡縷石(或有機(jī)海泡)組成的復(fù)合有機(jī)黏土石在油基鉆井液中的流變性和熱穩(wěn)定性顯著優(yōu)于單獨(dú)的有機(jī)黏土。這是由于剝離后的有機(jī)蒙脫石納米片和分散的有機(jī)坡縷石(有機(jī)海泡石)納米纖維在油中分散和搭接,提高了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性,從而提高了油基鉆井液的流變性和熱穩(wěn)定性。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TE254
【部分圖文】：

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）博士學(xué)位論文則運(yùn)動(dòng)、互相混摻、軌跡曲折混亂的形態(tài)叫做紊流（湍流和質(zhì)量的方式不同：層流通過分子間相互作用，紊流主遞速率遠(yuǎn)大于層流。為可以通過經(jīng)典物理學(xué)和數(shù)學(xué)方程來描述。以緩慢流動(dòng)靠近兩側(cè)，流速越小，中心處流速最大（圖 1-1）。管道，即中心處流速最大，周圍流速越小，靠近管壁處的流拋物線，從三維空間來看，流速分布的結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所

圖 1-2 水在圓形管路中的流速分布：（A）流速分布示意圖；（B）流速分布曲線中各層的流速不同，層與層之間必然存在著相互作用：流速較快的流慢且與之相鄰流動(dòng)層，而流速較慢的流動(dòng)層又會(huì)阻礙流速較快的相鄰流速不同的各流動(dòng)層之間就會(huì)存在內(nèi)摩擦作用（成對的摩擦力），并阻。液體流動(dòng)時(shí)所具有的這種抵抗剪切變形的物理性質(zhì)稱為黏滯性。牛研究提出了液體內(nèi)摩擦定律（式 1-1）。液體流動(dòng)層與流動(dòng)層之間的內(nèi)與其性質(zhì)及溫度有關(guān)，且與液層間的接觸面積 S 和剪切速率γ成正比壓力無關(guān)。F S （式 1-1）擦力 F 除以接觸面積 S 可得液體內(nèi)的剪切應(yīng)力 （式 1-2）： （式 1-2）FS

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）博士學(xué)位論文剪切速率是流變學(xué)中的兩個(gè)基本概念，鉆井液流變性的應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系。這種關(guān)系可以用流變方程述。按照流體流動(dòng)時(shí)剪切速率與剪切應(yīng)力之間的對應(yīng)關(guān)：牛頓流體、塑性流體、假塑性流體和膨脹流體（見圖液為塑性流體和假塑性流體。

本文編號：2861334