温敏增稠固井水泥外加剂的合成与研究

摘要

良好的固井质量是石油采集的重要保障。保证固井质量的关键则在于提高固井水泥的性能。随着石油开采行业的迅猛发展，浅层油气资源日渐减少，深部地层的油气资源逐渐成为目前勘测与开采的重点。深井、超深井、复杂井的数目频频增加。其井身结构复杂、井底循环温度高，常导致水泥浆体系稠度逐渐变稀，沉降稳定性变差。为了使固井水泥浆体系在较高温度条件下的沉降稳定性能有所提高，可采取向水泥浆中加入超细材料，或者通过提高水泥浆高温时稠度等方式对水泥浆的性能加以改进。
　　本文通过加入具有温敏增稠性能的聚合物类外加剂对水泥浆的高温稳定性能加以改善。首先，通过水溶液自由基聚合法分别合成亲水性主链聚合物P(AA-co-AMPS)和温敏侧链聚合物P(DEAA-co-DMAA)，然后，再通过偶合接枝技术将两部分进行接枝，合成温敏水溶性接枝聚合物P(AA-co-AMPS)-g-P(DEAA-co-DMAA)。通过IR、1H NMR、XPS等表征方法对各步反应产物的结构进行分析，结果显示实验所得聚合物与目标产物化学结构一致。采用TGA对接枝聚合物的耐热性能进行评价，热失重分析结果显示该聚合物270℃以后开始分解，表明该聚合物耐热性能良好。接枝聚合物的温敏增稠性能通过R/S-CC流变仪进行表征，结果表明聚合物溶液粘度随温度升高显著增大，并且这种温敏增稠行为受聚合物自身条件（如：聚合物浓度、聚合物组成）和外部条件（如：剪切速率、溶液中盐离子浓度、pH）等多种因素的影响。最后，通过测定溶液中聚合物粒径随温度升高的变化，从微观角度对热缔合过程进行了表征。
　　将合成的温敏接枝聚合物添加到固井水泥浆体系中，进行了沉降稳定性能测试，高温高压稠化性能测试，与其他聚合物类水泥外加剂的配伍性测试等一系列应用性评价。加入温敏增稠剂前后API失水量约为30 mL变化不大，测试结果表明该温敏增稠聚合物与降失水剂配伍性良好，此外，加入该聚合物的水泥浆养护后静置两小时，其游离液降低至0.2％，密度差约为0.02 g·cm-3，结果表明该温敏增稠剂的加入明显改善了水泥浆在高温高压条件下的稳定性。

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第一章 前言

第二章 文献综述

2.1 固井简介

2.2固井水泥浆现存问题

2.3温敏缔合聚合物

2.4本研究的目的及思路

第三章 温敏增稠剂的实验部分

3.1 实验原料和仪器设备

3.2 温敏聚合物的制备

3.3温敏聚合物的表征与性能测试

3.4温敏聚合物的应用性能测试

第四章 温敏增稠剂的合成及性能研究

4.1亲水性主链的制备

4.2 温敏侧链聚合物的制备

4.3偶合接枝反应

4.4温敏聚合物的流变性能测试

4.5温敏聚合物溶液的变温粒径测试

4.6温敏聚合物的应用性能测试

4.7本章小结

第五章 全文结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢