油基泥浆高分子增粘剂的制备及其性能研究 毕业论文.doc

油基泥浆高分子增粘剂的制备及其性能研究1、 前言随着石油钻井行业的发展，钻井液用增粘剂的作用越来越突出，出了增加粘度、提高钻井液的悬浮能力，由于钻井深度的增加和地层的复杂性，还需要增粘剂具有抗高温，能节省成本等特性，所以，高分子增粘剂的研究成为石油行业的热门研究课题。本文通过改变反应条件，并测试各增粘剂性能，优选出最佳反应条件下的增粘剂，该增粘剂具有增粘抗高温等特性，为高分子增粘剂在钻井行业的应用提供了理论基础。2、 选题背景2.1 研究的目的及意义油基泥浆高分子增粘剂是丙烯酸辛酯与丙烯酸共聚合成的高分子。随着高分子聚合物各方面研究的不断深入，许多独特的性质逐渐被人们发现，其在石油钻井方面的应用前景越来越引起人们的关注，无论是在浅海里还是在陆地，都有高分子增粘剂的应用。该高分子增粘剂的特点：（1）可以提供良好悬浮能力；（2）具有剪切变稀的能力；（3）不用添加有机黏土；（4）可以提供良好的滤矢量；（5）可以抗高温；（6）能满足严格的环境兼容性的限制。2.2 国内外研究现状3、实验部分3.1 仪器与试剂分析天平、恒温水浴锅、jj-1增力电动搅拌器、三口烧瓶、恒压滴液漏斗、量程100的温度计、烧杯（50ml、100ml）、量程10ml移液管、znn-d6a型六速旋转粘度计 青岛海通达专用仪器厂xgrl-4a型高温滚子加热炉 青岛海通达专用仪器厂gjss-b12k变频高速搅拌机 青岛海通达专用仪器厂zns-2a型泥浆失水量测定仪 青岛胶南分析仪器厂丙烯酸辛酯：江苏裕廊化工有限公司，含量99.5，分子量184.28冰晶级丙烯酸：江苏裕廊化工有限公司，含量99.5，分子量72.06十二烷基磺酸钠：化学纯，上海英鹏化学试剂厂，含量97.0，分子量272.38过硫酸铵：分析纯，天津市北方天医化学试剂厂，含量98.0，分子量228.20丙烯酸丁酯：分析纯，天津市科密欧化学试剂开发中心，含量99.0，分子量128.17蒸馏水3.2 增粘剂的合成 称取2.4g十二烷基磺酸钠于100ml小烧杯中，再一次加入30ml蒸馏水、30ml丙烯酸辛酯、5ml冰丙烯酸（用移液管取），用玻璃棒快速搅拌均匀，加入到三口烧瓶中，三口烧瓶用水浴加热（在将药品加入三口烧瓶中之前，应将水浴锅加热到预定的反应温度），开取搅拌，然后分别称取十二烷基磺酸钠0.6g，过硫酸铵0.1g加入100ml小烧杯中，加入16.5ml蒸馏水后搅拌均匀，倒入三口烧瓶中，开始计时（反应时间分别为3、4、5、6、7小时不等），最后称取0.1g过硫酸铵加5ml水溶解后倒入恒压滴液漏斗，每隔半小时滴加一次，前两小时滴完。反应完得到白色膏状物。3.3 性能评价 称取5.25g增粘剂高搅杯中，由于合成的增粘剂在五号白油中的分散效果不好，加入20ml乙酸乙酯使增粘剂溶解，再加入350ml五号白油，放在高速搅拌机上用3000转/分搅10分钟，边搅边加入10.5g有机土higel(前一分钟加完)，接着用11000转/分搅拌10分钟，搅完后迅速用六速旋转粘度计测600转/分、300转/分、6转/分、3转/分下的读数。有公式 表观粘度av=0.5600，塑性粘度pv=600-300，动切力yp=av-pv.温度增粘剂编号增粘剂性状合成时冰丙烯酸加量（ml）表观粘度/mpas塑性粘度/mpas动切力/pa11a120101x乳白色液体0.52726.50.515025.5250.511a112202x乳白色液体（略带黄色）117.515.22.3.15021.618.92.711a112101x白色膏状物物339.1327.115036.131.54.611a110803m白色膏状物物529.2525.63.6515028.8526.62.2511a120102x白色膏状物物724.5222.515021.420.31.1表1 冰丙烯酸加量与增粘剂性能的关系上表是在水浴温度80度，反应时间五小时，丙烯酸辛酯与冰丙烯酸的共聚反应合成产物的数据表。合成的共聚产物在五号白油中的分散效果不好，加入少量的乙酸乙酯对产物进行溶解后，分散效果大大提高。从上表可以看出：无论是在常温下测性能还是150摄氏度热滚16小时后测性能，随着冰丙烯酸量的增加，提切效果逐渐变好，当冰丙烯酸量继续增加时，提切效果逐渐下降，在冰丙烯酸加量为3ml时，提切效果达到最大。（注：提切效果的好坏我们主要以动切力的大小来评价，一般情况下，动切力越大，钻井液的提携岩屑的效果越好）表2 反应时间与增粘剂性能的关系温度增粘剂编号增粘剂性状反应时间（小时）表观粘度/mpas塑性粘度/mpas动切力/pa10a121101x白色膏状物331.127.73.415030.7528.32.4510a121102x白色膏状物42824.53.51502927210a110803m白色膏状物529.2525.63.6515028.8526.62.2510a121301x白色膏状物628.7525.82.9515028.426.32.110a121302x白色膏状物729.525.541502926.42.6上表是水浴温度为80度，冰晶级丙烯酸加量为5ml,丙烯酸辛酯和冰晶级丙烯酸的共聚反应合成产物数据表。 合成的共聚产物在五号白油中分散性不好，加入少量的乙酸乙酯对产物进行溶解后，分散效果大大提高。从上表可以看出：无论是在常温下测性能还是150摄氏度热滚16小时后测性能，表观粘度与塑性粘度几乎不变，反应时间增长，提切效果逐渐变好。由此可见，在其它反应条件相同的情况下，反应时间对共聚产物的表观粘度和塑性粘度几乎没有影响，反应时间增长，动切力逐渐增大，提切效果也越好。表3 反应温度与增粘剂性能的关系温度增粘剂编号增粘剂性状反应温度/表观粘度/mpas塑性粘度/mpas动切力/pa8a122301x乳白色溶液，静置一段时间后分层5023.521.71.81502119.51.58a122201x白色膏状物6025.523.42.115024.522.22.38a122101x白色膏状物70292721502522.52.58a121302x白色膏状物8029.525.541502926.42.68a122202x白色膏状物902219315026233上表为丙烯酸加量为5ml，反应时间为7小时，丙烯酸辛酯与冰晶级丙烯酸的共聚反应合成产物性能数据表。合成的共聚产物在五号白油中分散性不好，加入少量的乙酸乙酯对产物进行溶解后，分散效果大大提高。从上表可以看出：无论是在常温下测性能还是150摄氏度热滚16小时后测性能，随着反应温度的升高，表观粘度、塑性粘度、动切力都逐渐增大，反应温度为80度时达到最大值，随着温度的继续升高，表观粘度、塑性粘度、动切力都逐渐减小，由此可见，相同的条件下，反应温度为80度时，合成的共聚产物提切效果最好。表4 用丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯合成增粘剂性能的比较温度增粘剂编号增粘剂性状反应药品表观粘度/mpas塑性粘度/mpas动切力/pa7a122202x白色膏状物丙烯酸辛酯29.525.541502926.42.67a122601x乳白色溶液丙烯酸丁酯23.521.22.315022.8211.8上表是：反应温度为80度，丙烯酸加量为5ml，反应时间为7小时，丙烯酸辛酯与冰晶级丙烯酸共聚产物的性能和丙烯酸丁酯与冰晶级丙烯酸共聚产物性能的比较。合成的共聚产物在五号白油中分散性不好，加入少量的乙酸乙酯对产物进行溶解后，分散效果大大提高。从上表可以看出：无论是在常温下测性能还是150摄氏度热滚16小时后测性能，在其它条件相同的情况下，前者的表观粘度、塑性粘度、动切力都要高于后者，因此，丙烯酸辛酯与冰晶级丙烯酸的共聚产物提切效果更好，具有更好的提切岩屑的效果。表5 加乙酸乙酯对增粘剂性能的影响（空白对照）温度增粘剂编号增粘剂性状加乙酸乙酯表观粘度/mpas塑性粘度/mpas动切力/pa7a022301x白色膏状物010.59.80.715021.520.80.77a022301x白色膏状物20ml13.25103.2515024.5213.5上表为：反应温度80，冰晶级丙烯酸加量为5ml，反应时间7小时，丙烯酸辛酯与冰晶级丙烯酸的共聚反应合成产物性能数据表。从上表可以看出：加了20ml乙酸乙酯后，表观粘度、塑性粘度、提切力都相应增大，即加了乙酸乙酯作溶剂后，增粘剂的粘度得到提高，具有更好的提切岩屑的效果。对于空白实验（未加乙酸乙酯），常温和高温热滚后的性能对比，高温热滚后增粘剂的粘度增大明显，动切力几乎不变；加了乙酸乙酯作溶剂的实验组，相对于常温的性能，高温热滚后粘度明显增大，提切力几乎保持不变，由此看来，无论是否加乙酸乙酯，该增粘剂的性能（粘度、动切力）不受高温的影响，即具有抗高温的作用。表6 十二烷基磺酸钠加量对增粘剂性能的影响温度增粘剂编号增粘剂性状加十二烷基磺酸钠表观粘度/mpas塑性粘度/mpas动切力/pa7a112101x白色膏状物3g39.1327.115036.131.54.67a022301x白色膏状物6g13.25103.2515024.5213.5上表为：反应温度为80，冰晶级丙烯酸加亮为3ml，反应时间为5小时，丙烯酸辛酯与冰晶级丙烯酸的共聚反应合成产物性能数据表。合成的共聚产物在五号白油中分散性不好，加入少量的乙酸乙酯对产物进行溶解后，分散效果大大提高。从表上可以看出，增粘剂a112101x的反应过程中加入的十二烷基磺酸钠为3克，而增粘剂a022301x则是6克，然而，无论是常温测试还是热滚16小时后测试，前者的表观粘度、塑性粘度、动切力明显大于后者，由此看来，十二烷基磺酸钠的加量并不是越多越好，随着十二烷基磺酸钠的加量增加，合成的增粘剂的性能逐渐变好，当达到一最大值后，十二烷基磺酸钠的加量增加，合成增粘剂的性能变差。 参考文献1 张健，张黎明，李卓美，等.耐盐增粘剂hcmc的研究j.石油与天然气化工，2000,29(2)：43-462 沈丽.新型阳离子聚合物ncp的合成及应用j.钻井液与完井液，2006，23(3)：145-1513苏茂尧，王双一，董思明，等. 两种微交联羧甲基纤维素的结构和性能研究j.油田化学，1999,16(1)：345-3491 miller， jeff (tomball, tx), kirsner，et al. drilling fluid comprising a vinyl neodecanoate polymer and method for enhanc