遇水膨脹橡膠(WSR)作為一種新型的橡膠功能材料,主要是由橡膠基體和親水性組分復(fù)合而成,親水性組分包括陰離子型、陽離子型和非離子型親水劑,復(fù)合方式分為物理添加復(fù)合型和反應(yīng)共價(jià)交聯(lián)型兩種。WSR既具有彈性體的優(yōu)異力學(xué)性能,又有良好的吸水膨脹性能。由于選用的親水性成分和采用的復(fù)合技術(shù)的原因,大多數(shù)WSR在高礦化度水中表現(xiàn)出膨脹倍率低、膨脹速率快、親水性組分易流失、穩(wěn)定性較差的現(xiàn)象,WSR的應(yīng)用受到限制。因此,研究在高礦化度水中膨脹倍率高、延遲性膨脹、力學(xué)性能高的WSR材料成為研究的焦點(diǎn)、難點(diǎn)與發(fā)展方向�；赪SR材料的性能特點(diǎn),在高含水期油田的開發(fā)中表現(xiàn)出比較好的應(yīng)用前景,本論文主要針對我國西北地區(qū)的塔河油田裂縫洞型油藏儲層溫度高(130℃)和礦化度高(2.2×105 mg/L)的工況特點(diǎn),研究開發(fā)一種能夠耐溫、耐鹽,同時(shí)具有延遲膨脹的新型橡膠堵劑材料。本文采用反應(yīng)型親水劑改性WSR材料,分別制備出丁腈橡膠(NBR)和氫化丁腈橡膠(HNBR)為基體的共價(jià)交聯(lián)型WSR橡膠堵劑,評價(jià)了橡膠堵劑的封堵行為。論文采用物理共混法,以NBR為基體制備WSR材料,研究了不同WSR類型、礦化度、溫度、交聯(lián)密度以及炭黑含量對吸水膨脹行為的影響。結(jié)果表明:共價(jià)交聯(lián)型WSR析出的親水組分很少,緩解了吸水劑的析出問題;只有橡膠中的交聯(lián)密度適當(dāng)時(shí),材料才可以表現(xiàn)出優(yōu)良的吸水膨脹行為;炭黑的含量決定了橡膠的力學(xué)性能和密實(shí)度,橡膠密實(shí)度越高,才能夠在塔河模擬水中下沉,但是這時(shí)也出現(xiàn)填料流失的現(xiàn)象;以NBR為基體的共價(jià)交聯(lián)型WSR的延遲膨脹時(shí)間在10 h左右。但是該方法加工的WSR存在填料流失造成膨脹倍率低的現(xiàn)象,不能滿足塔河油藏長距離輸送和追求較高膨脹倍率的施工要求。論文又以HNBR為基體制備共價(jià)交聯(lián)型WSR材料,研究了溫度、礦化度以及橡膠基體對吸水膨脹行為的影響。結(jié)果表明:溫度越高,膨脹速率越快,以HNBR為基體的共價(jià)交聯(lián)型WSR在130℃的塔河模擬水中,有更高的膨脹倍率,并且可以保證材料密實(shí)度大,在塔河模擬水中可以下沉,還有更長時(shí)間的延遲膨脹行為。但是橡膠試片較大,不能注入塔河油藏中,需要裁剪成堵劑粒子。最后,將硫化膠片裁剪成1 mm大小的堵劑粒子,研究堵劑粒子在塔河模擬水中的膨脹行為,并且進(jìn)行裂縫巖心的物理模擬封堵實(shí)驗(yàn),評價(jià)堵劑對縫洞型油藏封堵性能。結(jié)果表明:以HNBR為基體的堵劑粒子,在被水性聚氨酯膜包覆后具有更長的延遲膨脹時(shí)間和較高的膨脹倍率,并且在塔河模擬水中能夠下沉,橡膠堵劑在注入裂縫后,表現(xiàn)出較好的封堵效果,實(shí)驗(yàn)?zāi)M裂縫流道封堵效果突出,能夠很好地滿足塔河油藏的深部堵水調(diào)剖技術(shù)的要求。
【學(xué)位單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TE39
【部分圖文】：

封端型 PU 的紅外光譜分析 mL 三口瓶中稱取定量購買的聚醚型 PU，在 50 ℃的反HEMA 和 1 滴催化劑 T-12，反應(yīng) 5 h，得到封端型 PU 活酯基能夠與 HEMA 中的羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)方程式圖 2-2 封端型聚醚 PU 的制備原理Fig.2-2 Preparation principle of capped polyether PU封端型 PU 和未封端型 PU，使用 KBr 壓片法對其進(jìn)行以看出，未封端型 PU 在 2270 cm-1處出現(xiàn)一尖銳特征吸NCO 特征官能團(tuán)的伸縮振動；在封端型 PU 中，在 2270 c完全消失，這表明 PU 中的異氰酸酯基已經(jīng)與 HEMA 8 cm-1處的吸收譜帶歸屬為-CH2的伸縮振動吸收。

圖 2-4 共價(jià)交聯(lián)型 WSR 反應(yīng)原理Fig.2-4 The reaction principle of covalent cross-linking WSR從圖 2-5 可以看出，PU 在 2273 cm-1處出現(xiàn)一尖銳特征吸收譜帶，該譜帶歸屬為-NCO 特征官能團(tuán)的伸縮振動。當(dāng) PU 中的-NCO 與 PAM 中的-NH2反應(yīng)后，2273 cm-1處的-NCO 特征吸收峰完全消失，2868-2974 cm-1處的吸收譜帶歸屬為-CH2的伸縮振動吸收。

耐溫耐鹽遇水膨脹橡膠堵劑的制備與性能圖 2-4 共價(jià)交聯(lián)型 WSR 反應(yīng)原理Fig.2-4 The reaction principle of covalent cross-linking WSR 可以看出，PU 在 2273 cm-1處出現(xiàn)一尖銳特征吸收譜帶征官能團(tuán)的伸縮振動。當(dāng) PU 中的-NCO 與 PAM 中的-N-NCO 特征吸收峰完全消失，2868-2974 cm-1處的吸收譜動吸收。
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本文編號：2874774