破碎帶地層是深孔鉆探中常見的復(fù)雜地層,其地層層理、片理發(fā)育,巖石或上體軟硬不均,地層常出現(xiàn)斷層與斷裂。由于其復(fù)雜的地質(zhì)條件與組成情況導(dǎo)致在鉆探施工過程中頻繁出現(xiàn)漏失現(xiàn)象。甲基丙烯酸甲酯(MMA)成膠前為低粘度流體,成膠后膠塊強(qiáng)度高,且自身性能穩(wěn)定易引發(fā)。將MMA引入地層,在地層溫度與添加劑引發(fā)作用下,封堵地層漏失通道,起到固結(jié)地層與提高地層承壓能力的效果。本文評(píng)價(jià)不同因素對(duì)MMA聚合反應(yīng)的影響,優(yōu)選聚合反應(yīng)條件,研究MMA預(yù)聚體的制備,并對(duì)預(yù)聚體進(jìn)行成膠性能評(píng)價(jià)。開展了以下四方面的工作:1、聚甲基丙烯酸甲酯聚合反應(yīng)條件優(yōu)選:在70-90℃的反應(yīng)溫度內(nèi),隨溫度的升高成膠時(shí)間逐漸變短,膠塊抗壓強(qiáng)度逐漸降低。在50ppm-1000ppm引發(fā)劑加量下,可實(shí)現(xiàn)成膠時(shí)間10min-300min可調(diào)。過氧化二苯甲酰(BPO)引發(fā)聚合反應(yīng)過程中,相同摩爾質(zhì)量分?jǐn)?shù)下成膠時(shí)間比AIBN更短,膠塊致密性更差。2、聚甲基丙烯酸甲酯緩聚條件優(yōu)選:100ppm加量范圍內(nèi)吩噻嗪(PTZ)與四甲基哌啶氮氧化物(TEMPO)對(duì)MMA成膠時(shí)間時(shí)間有明顯的延遲作用,相同溫度與引發(fā)劑加量下成膠時(shí)間與阻聚劑加量成正比;相同摩爾質(zhì)量加量下,四甲基哌啶氮氧化物阻聚效果優(yōu)于吩噻嗪。3、聚甲基丙烯酸甲酯預(yù)聚體反應(yīng)條件優(yōu)選:亞硫酸氫鈉(SBS)與過二硫酸鉀組成的氧化還原引發(fā)體系,在預(yù)聚體制備過程中提粘速率緩慢,可制備粘度2mpa·s-2600mpa·s的預(yù)聚體。4、聚甲基丙烯酸甲酯預(yù)聚體聚合反應(yīng)條件優(yōu)選:隨著反應(yīng)溫度升高,成膠時(shí)間逐漸縮短,膠塊抗壓強(qiáng)度逐漸降低。引發(fā)劑加量越高成膠時(shí)間越短,膠塊抗壓強(qiáng)度越差。預(yù)聚體適用于75-85℃反應(yīng)溫度,引發(fā)劑加量應(yīng)小于500ppm。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：P634;TQ317
【部分圖文】：

1緒論21緒論鉆探是實(shí)現(xiàn)地質(zhì)深部資料獲取的唯一手段[1]。隨著鉆探技術(shù)的發(fā)展，我們要向更深層次的地層進(jìn)行鉆進(jìn)，隨著鉆進(jìn)深度的加深鉆遇復(fù)雜破碎地層與井下事故產(chǎn)生的概率也會(huì)同比增加[2]。由于深部地層地應(yīng)力高，鉆進(jìn)時(shí)井壁巖石易破碎進(jìn)而產(chǎn)生破碎帶[3]。破碎帶地層巖塊大小不均、膠結(jié)差結(jié)構(gòu)松散、軟硬與顆粒級(jí)配懸殊，巖石在鉆進(jìn)過程中容易滑動(dòng)，導(dǎo)致破巖效率降低，巖心采取率低，還容易出現(xiàn)垮塌、掉塊和卡鉆等井下事故，裂隙發(fā)育的層位會(huì)產(chǎn)生鉆井液漏失現(xiàn)象[4]。破碎帶地層鉆進(jìn)難、取心難、堵漏難，成為鉆井工程中的一大難題。1.1研究的目的與意義隨著化學(xué)高分子材料的應(yīng)用與推廣，MMA廣泛應(yīng)用于建筑、交通和工業(yè)等各個(gè)行業(yè)，并發(fā)揮著重要作用。對(duì)其進(jìn)行改性研究引入到井下作業(yè)，對(duì)于發(fā)展創(chuàng)新破碎帶堵漏技術(shù)，改善井漏情況，降低施工難度，控制鉆井成本、維護(hù)鉆井安全有著重要意義。圖1-1MMA結(jié)構(gòu)式MMA是一種物理化學(xué)性質(zhì)優(yōu)良的化學(xué)高分子材料，成膠前為低粘度流體，成膠后膠塊強(qiáng)度高，且自身性能穩(wěn)定易引發(fā)。本文的研究目的是將MMA引入地層，在地層溫度與添加劑的多重調(diào)節(jié)下間接控制成膠時(shí)間，以達(dá)到封堵漏失通道、固結(jié)地層、提高地層承壓能力的效果。

1緒論4并且橋塞堵漏材料不與鉆井液中的成分產(chǎn)生反應(yīng)，粒徑范圍小，適當(dāng)加量范圍對(duì)鉆井液性能幾乎沒有影響[26,27]。圖1-1封堵示意圖選取適應(yīng)裂縫大小及顆粒級(jí)配的橋塞堵漏材料將其送入裂縫性漏失地層，材料在裂縫內(nèi)通過多種形式形成封堵層，以此提高地層承壓能力，使得鉆井液與井筒中的壓力無法向裂縫深處傳播（如圖1-1）。圖1-2封堵層失穩(wěn)示意圖采用橋塞堵漏材料進(jìn)行裂縫性地層承壓時(shí)，傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)認(rèn)為需要兼顧封堵層承壓能力與裂縫性擴(kuò)展壓力。封堵層承壓能力過小或裂縫性擴(kuò)展壓力過大時(shí)，封堵層所受壓差會(huì)隨著井筒中機(jī)動(dòng)壓力的變化而變化，封堵層受壓不穩(wěn)會(huì)造成其自身失穩(wěn)，導(dǎo)致承壓封堵失�。ㄈ鐖D1-2）；封堵層承壓能力過大或裂縫性擴(kuò)展壓力過小時(shí)，受井筒壓力、地層壓力等綜合力學(xué)因素影響，裂縫尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子達(dá)到臨界值，會(huì)造成裂縫擴(kuò)展、井周應(yīng)力場(chǎng)變化、裂縫閉合應(yīng)力下降、封堵層失穩(wěn)等連鎖反應(yīng)（如圖1-3）。圖1-3裂縫擴(kuò)張示意圖承壓堵漏方法應(yīng)用范圍較廣，堵漏材料的種類多，其形成的橋塞承壓力高[32]。但國內(nèi)外學(xué)者對(duì)承壓堵漏機(jī)理仍存在爭(zhēng)議，現(xiàn)有認(rèn)知無法解釋施工過程中的諸多井下問題，致使施工過程具有盲目性、隨機(jī)性等問題。

1緒論4并且橋塞堵漏材料不與鉆井液中的成分產(chǎn)生反應(yīng)，粒徑范圍小，適當(dāng)加量范圍對(duì)鉆井液性能幾乎沒有影響[26,27]。圖1-1封堵示意圖選取適應(yīng)裂縫大小及顆粒級(jí)配的橋塞堵漏材料將其送入裂縫性漏失地層，材料在裂縫內(nèi)通過多種形式形成封堵層，以此提高地層承壓能力，使得鉆井液與井筒中的壓力無法向裂縫深處傳播（如圖1-1）。圖1-2封堵層失穩(wěn)示意圖采用橋塞堵漏材料進(jìn)行裂縫性地層承壓時(shí)，傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)認(rèn)為需要兼顧封堵層承壓能力與裂縫性擴(kuò)展壓力。封堵層承壓能力過小或裂縫性擴(kuò)展壓力過大時(shí)，封堵層所受壓差會(huì)隨著井筒中機(jī)動(dòng)壓力的變化而變化，封堵層受壓不穩(wěn)會(huì)造成其自身失穩(wěn)，導(dǎo)致承壓封堵失敗（如圖1-2）；封堵層承壓能力過大或裂縫性擴(kuò)展壓力過小時(shí)，受井筒壓力、地層壓力等綜合力學(xué)因素影響，裂縫尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子達(dá)到臨界值，會(huì)造成裂縫擴(kuò)展、井周應(yīng)力場(chǎng)變化、裂縫閉合應(yīng)力下降、封堵層失穩(wěn)等連鎖反應(yīng)（如圖1-3）。圖1-3裂縫擴(kuò)張示意圖承壓堵漏方法應(yīng)用范圍較廣，堵漏材料的種類多，其形成的橋塞承壓力高[32]。但國內(nèi)外學(xué)者對(duì)承壓堵漏機(jī)理仍存在爭(zhēng)議，現(xiàn)有認(rèn)知無法解釋施工過程中的諸多井下問題，致使施工過程具有盲目性、隨機(jī)性等問題。
【參考文獻(xiàn)】

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