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高温超压地层固井降滤失剂AMPS/DMAM/FA/AM共聚物的合成与特征研究

作　者: 赵林
导　师: 黄荣华
学　校: 四川大学
专　业: 材料学
关键词: 共聚反应聚合物降滤失剂水泥浆体系高温超压地层防气窜
分类号: TE256
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本文采用氧化还原引发体系,首次合成了AMPS/DMAM/FA/AM 水溶性共聚物。研究了共聚物制备过程的影响因素、产物结构、溶液性质及合成产物对水泥浆性能的影响。设计优选出了AMPS/DMAM/FA/AM 高温超压地层固井双作用水泥浆体系,研究了不同体系、不同密度的高温超压固井水泥浆的性能及作用机理。用这种降滤失剂开发出了适合于南海莺琼盆地高温超压地层固井的双作用水泥浆体系,其综合性能达到了国外同类产品的水平,完成了中国海洋石油总公司“十五”科研项目“南海莺琼盆地高温超压地层固井工艺技术研究”项目中“高温超压地层固井双作用防气窜水泥浆研究与开发”,并于2004 年通过了中国海洋石油总公司组织的专家验收,专家组认为“高温超压双作用防气窜水泥浆体系和双作用前置液体系开发已达到试用阶段,整体性能满足南海莺琼盆地高温超压地层固井的作业要求,完全可以替代进口添加剂”。1、根据高温超压地层固井水泥浆的要求及高分子结构与性能的关系,选用AMPS、DMAM、FA、AM 四种单体进行共聚,研究了影响产物特性粘数和转化率的影响因素。研究发现:①合成反应体系的pH 值对聚合单体的转化率和共聚物的特性粘数的影响最大,随着体系pH 值的提高,单体转化率提高,共聚物的特性粘数亦提高。在本实验条件下,聚合反应需在碱性条件下才能进行,以pH 值为11 左右为宜。②引发剂的浓度对聚合单体的转化率和共聚物溶液的特性粘数的影响小于pH 值的影响,随着引发剂浓度增大转化率迅速提高,共聚产物稀溶液的特性粘数也增加。③单体DMAM 的加量对聚合单体的转化率K 影响较大,随着DMAM 加量的增加,转化率明显提高;但是对聚合物溶液的特性粘数影响不明显。一般DMAM 的加量在单体总量的1.0~6.0%之间为宜,随着反应体系pH 值的上升,DMAM 的加量应酌减。

全文目录

中文摘要  7-10
ABSTRACT  10-14
第一章绪论  14-42
  1.1 课题研究背景  14-15
  1.2 固井及固井水泥浆降滤失剂的作用  15
  1.3 降滤失剂的作用机理  15-17
    1.3.1 固井施工时失水的原因及其危害  15-16
    1.3.2 降滤失剂的作用机理  16
    1.3.3 高温高压对降失水剂性能的影响  16-17
  1.4 固井水泥浆降滤失剂的现状及发展趋势  17-35
    1.4.1 颗粒材料  18
    1.4.2 水溶性高分子有机材料  18-26
    1.4.3 HTHP 环境下提高降失水剂性能的方法  26-35
  1.5 小结  35
  1.6 本文的指导思想和主要的研究内容  35-37
  1.7 本文的主要创新点  37-42
第二章 AMPS/DMAM/FA/AM 共聚物的合成及影响因素研究  42-62
  2.1 共聚物分子结构设计  42-43
  2.2 共聚物的合成实验  43-44
    2.2.1 反应条件设计  43-44
    2.2.2 实验药剂及仪器  44
    2.2.3 AMPS/DMAM/FA/AM共聚物的合成反应步骤  44
  2.3 合成物的提纯及溶液配制  44-45
    2.3.1 合成物的提纯及转化率计算  45
    2.3.2 合成产物特性粘数的测定  45
  2.4 AMPS/DMAM/FA/AM 共聚物的影响因素  45-60
    2.4.1 引发剂浓度、反应体系pH值及DMAM加量对转化率K的影响  45-52
    2.4.2 引发剂浓度、体系pH 值及DMAM 加量对特性粘度[η]的影响  52-60
  2.5 本章小结  60-62
第三章 AMPS/DMAM/FA/AM 共聚物的结构表征  62-68
  3.1 前言  62
  3.2 仪器  62
  3.3 元素分析  62-63
  3.4 红外光谱分析  63-64
  3.5 核磁共振分析  64-65
  3.6 共聚物的热分析  65-66
  3.7 本章小结  66-68
第四章 AMPS/DMAM/FA/AM 共聚物溶液性能研究  68-76
  4.1 前言  68
  4.2 共聚物的合成  68-69
  4.3 共聚物浓度对溶液表观粘度的影响  69
  4.4 无机盐对溶液表观粘度的影  69-72
  4.5 温度对共聚物溶液表观粘度的影响  72-73
  4.6 剪切速率对共聚物溶液表观粘度的影响  73-74
  4.7 本章小结  74-76
第五章 AMPS/DMAM/FA/AM 共聚物的降滤失性能研究  76-91
  5.1 前言  76-80
    5.1.1 油井水泥  76-77
    5.1.2 水泥浆性能与固井工程的关系  77-79
    5.1.3 油井水泥外加剂  79-80
  5.2 主要原材料及仪器  80
    5.2.1 原材料  80
    5.2.2 主要实验仪器及实验方法  80
  5.3 合成条件对水泥浆性能的影响  80-86
    5.3.1 原料配比对水泥浆性能的影响  80-81
    5.3.2 引发剂加量对水泥浆性能的影响  81
    5.3.3 HS-3L 对淡水水泥浆性能的影响  81-82
    5.3.4 HS-3L 对盐水水泥浆性能的影响  82-84
    5.3.5 温度对HS-3L水泥浆降滤失性的影响  84-85
    5.3.6 HS-3L 高密度水泥浆的性能  85-86
  5.4 HS-3L 对胶乳水泥浆性能的影响  86-90
    5.4.1 胶乳水泥浆体系的研究  86-88
    5.4.2 合成降滤失剂对胶乳水泥浆体系性能的影响  88
    5.4.3 HS-3L 对胶乳水泥石强度的影响  88
    5.4.4 胶乳对水泥浆性能影响的机理分析  88-90
  5.5 本章总结  90-91
第六章高温超压地层固井水泥浆体系研究  91-112
  6.1 前言  91-92
  6.2 水泥浆失重原因  92-93
  6.3 气侵的机理  93-94
    6.3.1 水泥浆凝固过程中的压力传递  93-94
    6.3.2 气侵  94
  6.4 实验材料、设备及实验方法  94-95
    6.4.1 材料  94-95
    6.4.2 实验设备  95
    6.4.3 实验方法  95
  6.5 高温非渗透剂 HS-3L 和胶乳水泥浆的抗窜能力  95-98
    6.5.1 高温非渗透型水泥浆抗窜性能  96-97
    6.5.2 高温胶乳 PCR169L 抗窜性  97-98
  6.6 HS-3L 双作用防气窜水泥浆的防窜机理  98-99
  6.7 高温非渗透型双作用防窜水泥浆体系  99-101
    6.7.1 高温非渗透型双作用防窜水泥浆体系  100
    6.7.2 抗高温胶乳型双作用防窜水泥浆  100-101
  6.8 高温双作用防窜水泥浆的防窜性能  101-108
    6.8.1 水泥浆失重气窜测试仪  101-103
    6.8.2 高温非渗透型双作用水泥浆  103-107
    6.8.3 高温胶乳型双作用水泥浆  107-108
  6.9 水泥浆体系的稳定性  108-109
  6.10 本章小结  109-112
第七章结论  112-114
攻读博士期间已发表和待发表的论文  114-116
攻读博士期间完成的科研项目  116-117
声名  117-118
致谢  118

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