乳液型油井水泥外加剂的研究

摘要

固井作业是钻井工程中的关键环节,良好的固井质量不但为后续的钻井完井作业打下了基础,也便于日后油气生产中使用增产措施,增加生产效率。如果固井质量不佳,会影响水固井泥环质量,影响生产进度。目前石油的钻探开发正向深井和超深井方向发展,井下环境日益复杂多变,对固井质量的要求也不断提高。由于水泥本身缺陷,在固井过程中需要向固井水泥浆中添加水泥外加剂提升水泥的各种性能。
　　本文从固井的原理和用途出发,分析了现有油井水泥浆增韧剂的现状和缺点,利用分子设计原理设计了核壳结构乳液,选择了合适的乳化剂体系,软硬单体和单体加料方式。
　　本文选择使用苯乙烯、丙烯酸丁酯和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为主要单体,使用半连续种子乳液合成方式,合成了具有核壳结构的乳液油井水泥增韧剂。聚合优化配方为:十二烷基硫酸钠(SDS)的加量为单体用量为0.5％,十六醇的用量为单体质量1%,选择种子乳液的配方为St:BA:AMPS=1:3:1,引发剂KPS加量为单体质量的0.8%,搅拌速率250r/min,AMPS在种子乳液单体和壳层单体的分布比例为4:6,中和度为70%,反应温度为70℃。
　　考察了不同反应条件对乳液粒度和核壳结构的影响,使用IR、DSC、TG和TEM对核壳聚合物乳液进行了表征。通过表征发现聚合所得的St-BA-AMPS乳液具有明显的核壳结构和良好的耐温性。将合成的聚合物乳液与油井水泥混合,考察了乳液加量对水泥浆和水泥石性能的影响。发现掺有核壳结构乳液的油井水泥浆具有较低的游离水量和滤失量,水泥石具有良好的韧性和防气窜功能,通过SEM考察了聚合物乳液对水泥是微观结构的影响。水泥浆的稠化过渡时间短,起强度快,满足了固井作业的要求。

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第一章 前言

第二章 文献综述

2.1固井及外加剂的概述

2.2课题研究背景及意义

2.3油井水泥增韧剂的研究现状

2.4油井水泥浆增韧用乳液聚合新技术

2.5研究目的和内容

第三章 油井水泥增韧用乳液的制备

3.1实验原料和仪器

3.2增韧胶乳的合成方法

3.3增韧乳液的表征和性能测试

3.4增韧乳液应用性能测试

第四章 增韧乳液实验结果与讨论

4.1乳液结构表征结果

4.2种子乳液反应条件对乳液的影响

4.3反应条件对乳液的影响影响

4.4双子型表面活性剂对聚合的影响

4.5 本章小结

第五章 增韧乳液应用性能讨论

5.1乳液抗盐性能

5.2乳液对水泥浆性能的影响

5.3稠化曲线

5.4乳液对水泥弹缩性的影响

5.5水泥石的形貌

5.6乳液耐热性能测试

5.7 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢