新型聚合物缓凝剂的合成与性能研究

摘要

随着油气储量的变化，油气田勘探开发已向深井、超深井和复杂井等方向发展，而深井、超深井固井中存在诸多问题，例如封固段长、上下温差大、顶部水泥浆易出现超缓凝等。在固井施工中，常在水泥浆中添加缓凝剂等外加剂来解决上述问题。传统缓凝剂目前仍存在一些的缺点，如适用温度范围窄、延缓低温下水泥石强度发展等，影响固井质量。
　　针对上述固井中问题以及油井水泥缓凝剂所存在的缺陷，本文在已有聚合物类缓凝剂的基础上，引入长链烷基单体设计设计合成了一种疏水缔合水溶性聚合物缓凝剂。该聚合物以胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、衣康酸（IA）、丙烯酸（AA）、N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）和具有长侧链结构的季铵盐（DMAPMA-1-BD）为聚合单体，采用自由基水溶液聚合，合成了一种五元共聚物 P（AMPS/IA/AA/DMAA/ DMAPMA-1-BD），通过考察各反应条件对聚合物性质的影响，确定了该五元共聚物 PAIADD的最佳合成条件。采用红外光谱仪和核磁共振仪对聚合物结构进行表征，结果表明所有单体均已参与聚合反应，利用热失重分析仪对聚合物的热稳定性进行测试，结果表明聚合物分子结构稳定，具有良好的耐热性能。
　　本文对缓凝剂 PAIADD进行水泥浆综合性能进行评价，结果表明其能明显的改善水泥体系性能，在高温条件下具有良好的缓凝性，在低温条件下对水泥石的早期强度发展影响较小，一定温度范围内初终凝时间几乎不变。这表明聚合物的相关性能对温度具有一定的响应性，能够适用于大温差环境中，在长封固段固井中具有一定的应用前景。此外利用扫描电镜和X射线衍射仪对缓凝剂PAIADD的缓凝机理进行探究，发现聚合物缓凝剂的作用机理为沉淀机理、钙离子螯合机理以及成核机理中的一种或多种作用的结果，并且在不同温度下其对水泥水化进程的阻碍程度相似。
　　本文还对聚合物性能的温度响应性行为进行探究，流变测试、聚合物流体半径测试以及荧光光谱测试结果表明聚合物分子中存在缔合结构，并且这种结构随着温度的变化而发生变化，这种行为对聚合物的络合能力产生影响，即随着温度的升高，络合能力增强，这一行为通过滴定实验与紫外测试进行的验证。

目录

声明

前言

第一章 文献综述

1.1 油井水泥

1.2 油井水泥缓凝剂

1.3 水溶性疏水缔合两性聚合物及其发展现状

1.4 本文的研究目的及内容

第二章 实验部分

2.1 实验原料与仪器

2.2 水溶性疏水缔合两性聚合物缓凝剂的合成

2.3季铵盐的表征

2.4 聚合物PAIADD的表征

2.5 水泥浆性能测试

2.6 聚合物作用机理测定

2.7 聚合物的分子结构以及缓凝性能的探究

第三章 聚合物合成及相关物质的结构表征

3.1 水溶性疏水缔合两性聚合物缓凝剂的分子设计

3.2 季铵盐的结构表征

3.3 基本聚合条件的探究

3.4 聚合条件的优化

3.5 聚合物的结构表征

3.6 本章小结

第四章 聚合物水泥浆性能评价以及其作用机理

4.1 水泥浆综合性能考察

4.2 聚合物缓凝剂作用机理探究

4.3 聚合物温度响应性行为的表征

4.4 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