油基泥漿高分子增粘劑的制備及其性能研究畢業(yè)論文

1、油基泥漿高分子增粘劑的制備及其性能研究1、 前言隨著石油鉆井行業(yè)的發(fā)展，鉆井液用增粘劑的作用越來(lái)越突出，出了增加粘度、提高鉆井液的懸浮能力，由于鉆井深度的增加和地層的復(fù)雜性，還需要增粘劑具有抗高溫，能節(jié)省成本等特性，所以，高分子增粘劑的研究成為石油行業(yè)的熱門(mén)研究課題。本文通過(guò)改變反應(yīng)條件，并測(cè)試各增粘劑性能，優(yōu)選出最佳反應(yīng)條件下的增粘劑，該增粘劑具有增粘抗高溫等特性，為高分子增粘劑在鉆井行業(yè)的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。2、 選題背景2.1 研究的目的及意義油基泥漿高分子增粘劑是丙烯酸辛酯與丙烯酸共聚合成的高分子。隨著高分子聚合物各方面研究的不斷深入，許多獨(dú)特的性質(zhì)逐漸被人們發(fā)現(xiàn)，其在石油鉆井方面的應(yīng)

2、用前景越來(lái)越引起人們的關(guān)注，無(wú)論是在淺海里還是在陸地，都有高分子增粘劑的應(yīng)用。該高分子增粘劑的特點(diǎn)：（1）可以提供良好懸浮能力；（2）具有剪切變稀的能力；（3）不用添加有機(jī)黏土；（4）可以提供良好的濾矢量；（5）可以抗高溫；（6）能滿(mǎn)足嚴(yán)格的環(huán)境兼容性的限制。2.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀3、實(shí)驗(yàn)部分3.1 儀器與試劑分析天平、恒溫水浴鍋、jj-1增力電動(dòng)攪拌器、三口燒瓶、恒壓滴液漏斗、量程100的溫度計(jì)、燒杯（50ml、100ml）、量程10ml移液管、znn-d6a型六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì) 青島海通達(dá)專(zhuān)用儀器廠(chǎng)xgrl-4a型高溫滾子加熱爐 青島海通達(dá)專(zhuān)用儀器廠(chǎng)gjss-b12k變頻高速攪拌機(jī) 青島海通達(dá)

3、專(zhuān)用儀器廠(chǎng)zns-2a型泥漿失水量測(cè)定儀 青島膠南分析儀器廠(chǎng)丙烯酸辛酯：江蘇裕廊化工有限公司，含量99.5，分子量184.28冰晶級(jí)丙烯酸：江蘇裕廊化工有限公司，含量99.5，分子量72.06十二烷基磺酸鈉：化學(xué)純，上海英鵬化學(xué)試劑廠(chǎng)，含量97.0，分子量272.38過(guò)硫酸銨：分析純，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠(chǎng)，含量98.0，分子量228.20丙烯酸丁酯：分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑開(kāi)發(fā)中心，含量99.0，分子量128.17蒸餾水3.2 增粘劑的合成 稱(chēng)取2.4g十二烷基磺酸鈉于100ml小燒杯中，再一次加入30ml蒸餾水、30ml丙烯酸辛酯、5ml冰丙烯酸（用移液管?。貌ＡО艨焖贁嚢杈鶆?，

4、加入到三口燒瓶中，三口燒瓶用水浴加熱（在將藥品加入三口燒瓶中之前，應(yīng)將水浴鍋加熱到預(yù)定的反應(yīng)溫度），開(kāi)取攪拌，然后分別稱(chēng)取十二烷基磺酸鈉0.6g，過(guò)硫酸銨0.1g加入100ml小燒杯中，加入16.5ml蒸餾水后攪拌均勻，倒入三口燒瓶中，開(kāi)始計(jì)時(shí)（反應(yīng)時(shí)間分別為3、4、5、6、7小時(shí)不等），最后稱(chēng)取0.1g過(guò)硫酸銨加5ml水溶解后倒入恒壓滴液漏斗，每隔半小時(shí)滴加一次，前兩小時(shí)滴完。反應(yīng)完得到白色膏狀物。3.3 性能評(píng)價(jià) 稱(chēng)取5.25g增粘劑高攪杯中，由于合成的增粘劑在五號(hào)白油中的分散效果不好，加入20ml乙酸乙酯使增粘劑溶解，再加入350ml五號(hào)白油，放在高速攪拌機(jī)上用3000轉(zhuǎn)/分?jǐn)?0分鐘，

5、邊攪邊加入10.5g有機(jī)土higel(前一分鐘加完)，接著用11000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0分鐘，攪完后迅速用六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)600轉(zhuǎn)/分、300轉(zhuǎn)/分、6轉(zhuǎn)/分、3轉(zhuǎn)/分下的讀數(shù)。有公式 表觀(guān)粘度av=0.5600，塑性粘度pv=600-300，動(dòng)切力yp=av-pv.溫度增粘劑編號(hào)增粘劑性狀合成時(shí)冰丙烯酸加量（ml）表觀(guān)粘度/mpas塑性粘度/mpas動(dòng)切力/pa11a120101x乳白色液體0.52726.50.515025.5250.511a112202x乳白色液體（略帶黃色）117.515.22.3.15021.618.92.711a112101x白色膏狀物物339.1327.115036.

6、131.54.611a110803m白色膏狀物物529.2525.63.6515028.8526.62.2511a120102x白色膏狀物物724.5222.515021.420.31.1表1 冰丙烯酸加量與增粘劑性能的關(guān)系上表是在水浴溫度80度，反應(yīng)時(shí)間五小時(shí)，丙烯酸辛酯與冰丙烯酸的共聚反應(yīng)合成產(chǎn)物的數(shù)據(jù)表。合成的共聚產(chǎn)物在五號(hào)白油中的分散效果不好，加入少量的乙酸乙酯對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行溶解后，分散效果大大提高。從上表可以看出：無(wú)論是在常溫下測(cè)性能還是150攝氏度熱滾16小時(shí)后測(cè)性能，隨著冰丙烯酸量的增加，提切效果逐漸變好，當(dāng)冰丙烯酸量繼續(xù)增加時(shí)，提切效果逐漸下降，在冰丙烯酸加量為3ml時(shí)，提切效果達(dá)

7、到最大。（注：提切效果的好壞我們主要以動(dòng)切力的大小來(lái)評(píng)價(jià)，一般情況下，動(dòng)切力越大，鉆井液的提攜巖屑的效果越好）表2 反應(yīng)時(shí)間與增粘劑性能的關(guān)系溫度增粘劑編號(hào)增粘劑性狀反應(yīng)時(shí)間（小時(shí)）表觀(guān)粘度/mpas塑性粘度/mpas動(dòng)切力/pa10a121101x白色膏狀物331.127.73.415030.7528.32.4510a121102x白色膏狀物42824.53.51502927210a110803m白色膏狀物529.2525.63.6515028.8526.62.2510a121301x白色膏狀物628.7525.82.9515028.426.32.110a121302x白色膏狀物729.52

8、5.541502926.42.6上表是水浴溫度為80度，冰晶級(jí)丙烯酸加量為5ml,丙烯酸辛酯和冰晶級(jí)丙烯酸的共聚反應(yīng)合成產(chǎn)物數(shù)據(jù)表。 合成的共聚產(chǎn)物在五號(hào)白油中分散性不好，加入少量的乙酸乙酯對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行溶解后，分散效果大大提高。從上表可以看出：無(wú)論是在常溫下測(cè)性能還是150攝氏度熱滾16小時(shí)后測(cè)性能，表觀(guān)粘度與塑性粘度幾乎不變，反應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)，提切效果逐漸變好。由此可見(jiàn)，在其它反應(yīng)條件相同的情況下，反應(yīng)時(shí)間對(duì)共聚產(chǎn)物的表觀(guān)粘度和塑性粘度幾乎沒(méi)有影響，反應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)，動(dòng)切力逐漸增大，提切效果也越好。表3 反應(yīng)溫度與增粘劑性能的關(guān)系溫度增粘劑編號(hào)增粘劑性狀反應(yīng)溫度/表觀(guān)粘度/mpas塑性粘度/mpas動(dòng)

9、切力/pa8a122301x乳白色溶液，靜置一段時(shí)間后分層5023.521.71.81502119.51.58a122201x白色膏狀物6025.523.42.115024.522.22.38a122101x白色膏狀物70292721502522.52.58a121302x白色膏狀物8029.525.541502926.42.68a122202x白色膏狀物902219315026233上表為丙烯酸加量為5ml，反應(yīng)時(shí)間為7小時(shí)，丙烯酸辛酯與冰晶級(jí)丙烯酸的共聚反應(yīng)合成產(chǎn)物性能數(shù)據(jù)表。合成的共聚產(chǎn)物在五號(hào)白油中分散性不好，加入少量的乙酸乙酯對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行溶解后，分散效果大大提高。從上表可以看出：無(wú)論是

10、在常溫下測(cè)性能還是150攝氏度熱滾16小時(shí)后測(cè)性能，隨著反應(yīng)溫度的升高，表觀(guān)粘度、塑性粘度、動(dòng)切力都逐漸增大，反應(yīng)溫度為80度時(shí)達(dá)到最大值，隨著溫度的繼續(xù)升高，表觀(guān)粘度、塑性粘度、動(dòng)切力都逐漸減小，由此可見(jiàn)，相同的條件下，反應(yīng)溫度為80度時(shí)，合成的共聚產(chǎn)物提切效果最好。表4 用丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯合成增粘劑性能的比較溫度增粘劑編號(hào)增粘劑性狀反應(yīng)藥品表觀(guān)粘度/mpas塑性粘度/mpas動(dòng)切力/pa7a122202x白色膏狀物丙烯酸辛酯29.525.541502926.42.67a122601x乳白色溶液丙烯酸丁酯23.521.22.315022.8211.8上表是：反應(yīng)溫度為80度，丙烯酸加量

11、為5ml，反應(yīng)時(shí)間為7小時(shí)，丙烯酸辛酯與冰晶級(jí)丙烯酸共聚產(chǎn)物的性能和丙烯酸丁酯與冰晶級(jí)丙烯酸共聚產(chǎn)物性能的比較。合成的共聚產(chǎn)物在五號(hào)白油中分散性不好，加入少量的乙酸乙酯對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行溶解后，分散效果大大提高。從上表可以看出：無(wú)論是在常溫下測(cè)性能還是150攝氏度熱滾16小時(shí)后測(cè)性能，在其它條件相同的情況下，前者的表觀(guān)粘度、塑性粘度、動(dòng)切力都要高于后者，因此，丙烯酸辛酯與冰晶級(jí)丙烯酸的共聚產(chǎn)物提切效果更好，具有更好的提切巖屑的效果。表5 加乙酸乙酯對(duì)增粘劑性能的影響（空白對(duì)照）溫度增粘劑編號(hào)增粘劑性狀加乙酸乙酯表觀(guān)粘度/mpas塑性粘度/mpas動(dòng)切力/pa7a022301x白色膏狀物010.59.8

12、0.715021.520.80.77a022301x白色膏狀物20ml13.25103.2515024.5213.5上表為：反應(yīng)溫度80，冰晶級(jí)丙烯酸加量為5ml，反應(yīng)時(shí)間7小時(shí)，丙烯酸辛酯與冰晶級(jí)丙烯酸的共聚反應(yīng)合成產(chǎn)物性能數(shù)據(jù)表。從上表可以看出：加了20ml乙酸乙酯后，表觀(guān)粘度、塑性粘度、提切力都相應(yīng)增大，即加了乙酸乙酯作溶劑后，增粘劑的粘度得到提高，具有更好的提切巖屑的效果。對(duì)于空白實(shí)驗(yàn)（未加乙酸乙酯），常溫和高溫?zé)釢L后的性能對(duì)比，高溫?zé)釢L后增粘劑的粘度增大明顯，動(dòng)切力幾乎不變；加了乙酸乙酯作溶劑的實(shí)驗(yàn)組，相對(duì)于常溫的性能，高溫?zé)釢L后粘度明顯增大，提切力幾乎保持不變，由此看來(lái)，無(wú)論是否加

13、乙酸乙酯，該增粘劑的性能（粘度、動(dòng)切力）不受高溫的影響，即具有抗高溫的作用。表6 十二烷基磺酸鈉加量對(duì)增粘劑性能的影響溫度增粘劑編號(hào)增粘劑性狀加十二烷基磺酸鈉表觀(guān)粘度/mpas塑性粘度/mpas動(dòng)切力/pa7a112101x白色膏狀物3g39.1327.115036.131.54.67a022301x白色膏狀物6g13.25103.2515024.5213.5上表為：反應(yīng)溫度為80，冰晶級(jí)丙烯酸加亮為3ml，反應(yīng)時(shí)間為5小時(shí)，丙烯酸辛酯與冰晶級(jí)丙烯酸的共聚反應(yīng)合成產(chǎn)物性能數(shù)據(jù)表。合成的共聚產(chǎn)物在五號(hào)白油中分散性不好，加入少量的乙酸乙酯對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行溶解后，分散效果大大提高。從表上可以看出，增粘劑a

14、112101x的反應(yīng)過(guò)程中加入的十二烷基磺酸鈉為3克，而增粘劑a022301x則是6克，然而，無(wú)論是常溫測(cè)試還是熱滾16小時(shí)后測(cè)試，前者的表觀(guān)粘度、塑性粘度、動(dòng)切力明顯大于后者，由此看來(lái)，十二烷基磺酸鈉的加量并不是越多越好，隨著十二烷基磺酸鈉的加量增加，合成的增粘劑的性能逐漸變好，當(dāng)達(dá)到一最大值后，十二烷基磺酸鈉的加量增加，合成增粘劑的性能變差。 參考文獻(xiàn)1 張健，張黎明，李卓美，等.耐鹽增粘劑hcmc的研究j.石油與天然氣化工，2000,29(2)：43-462 沈麗.新型陽(yáng)離子聚合物ncp的合成及應(yīng)用j.鉆井液與完井液，2006，23(3)：145-1513蘇茂堯，王雙一，董思明，等. 兩種微交聯(lián)羧甲基纖維素的結(jié)構(gòu)和性能研究j.油田化學(xué)，1999,16(1)：345-3491 miller， jeff (tomball, tx), kirsner，et al. drilling fluid comprising a vinyl neodecanoate polymer and method for enhanc