耐温耐盐钻井液增粘剂合成研究

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1、耐温耐盐钻井液增粘剂合成研究耐温耐盐钻井液增粘剂合成研究前言聚合物钻井液中，为保证低固相下钻井液具有较高的粘度及良好的流变性，通常需添加增粘剂来提高钻井液粘度。增粘剂均为水溶性高分子化合物，在钻井液中可形成空间网状结构，能显著提高钻井液的粘度。增粘剂除了能起增粘作用外，往往还具有抑制页岩水化和降滤失的作用，因此，使用增粘剂不仅可以改善钻井液的流变性，而且有利于稳定井壁。增粘剂的种类很多，作为降滤失剂和絮凝剂的高分子化合物都具有增粘作用。常用的钻井液增粘剂按化学成分来分主要有：改性纤维素，正电胶，黄原胶，聚丙烯酰胺

2、（PAM）及部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）。其中，聚丙烯酰胺类相对分子量高（10-10），水溶性好，可以通过调节分子量，或引进各种基团得到具有特定性能的多种分子。聚丙烯酰胺具有一系列优良的性能，如絮凝性、增稠性、表面活性、沉降、过滤、增粘、净化等。多年来，作为增粘剂，聚丙烯酰胺主要是通过其分子骨架的水化，水动力学体积增大而对溶液起到增粘作用。但目前使用的高相对分子质量的聚丙烯酰胺(HPAM)在实际使用中存在许多不足,主要是聚合物的耐温、抗盐能力差,尤其是在石油中含有高价金属离子时,易发生相分离,致使水溶液的粘度及

3、驱油效果大幅度降低,不适应于高温、高盐地层。因此需要向其中引入大侧基、带电基团、含磺酸基单体、疏水基单体或用微交联等功能性改性方法提高聚合物耐温、抗盐性能。第25页（共29页）耐温耐盐钻井液增粘剂合成研究1聚丙烯酰胺的概述聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,简称PAM)是丙烯酰胺(Acrylamide,简称AM)均聚或与其它单体共聚而成的含量在50%以上的线型水溶性高分子化学品的总称PAM具有的特殊的物理化学性质,源于分子结构上的特性。由于结构单元中含有酰胺基,易形成氢键,使其具有良好的水溶性。它易通过接枝

4、或交联得到支链或网状结构的多种改性物。它作为一类重要的絮凝剂、增稠剂、减阻剂、泥浆处理剂、表面活性剂、土壤改良剂、水土保失剂、种子包衣剂、纸力增强剂广泛用于石油开采、水处理、纺织、造纸、选矿、医药、农业等行业,有“百业助剂”之称。1.1聚丙烯酰胺分类根据聚丙烯酰胺电荷性质可将其分为非离子型聚丙烯酰胺（PAM）、阴离子型聚丙烯酰胺（HPAM）、阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）和两性聚丙烯酰胺（AmPAM）。这些聚合物可以是均聚物，也可以是共聚物。1.1.1非离子型聚丙烯酰胺非离子型聚丙烯酰胺（PAM），一般由丙烯酰胺（

5、AM）共聚或均聚制的。分子式为——

6、非离子型聚丙烯酰胺具有极性酰胺基团，酰胺基团含有孤对电子，易于形成氢键，吸附性能好。工业合成时，由于丙烯酰胺聚合成聚丙烯酰胺的反应是一个放热反应，生成的聚丙烯酰胺是反应体系迅速变成胶冻状态，反应热无法散出，反应体系温度升高。因此，聚丙烯酰胺产品实际上是丙烯酰胺与丙烯酸（盐）的共聚物，它具有一定的水解度（小于3%）。主要用于水处理，造纸等领域，在油田作为驱油剂和高温堵水交联体系，使用较少。1.1.2阴离子型聚丙烯酰胺阴离子型聚丙烯酰胺，又称部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），一般由聚

7、丙烯酰胺水溶液在高pH下水解获得。典型分子第25页（共29页）聚丙烯酰胺概述———

8、

9、阴离子型聚丙烯酰胺是我国使用量最大的聚丙烯酰胺，广泛用于水处理，采矿，造纸，纺织，印染等行业。在油田上，阴离子型聚丙烯酰胺主要用于低温（<70℃）低矿化度地层的聚合物驱，化学堵水以及作为钻井液调节剂。1.1.3阳离子型聚丙烯酰胺阳离子聚丙烯酰胺于50年代中期由美国氰胺公司首先开发成功，在聚丙烯酰胺链上引入阳离子侧基，作为水处理剂和造纸助剂显示出独特的优异性能，六、七十年代在国外获得了迅速的发展。国外阳离子聚丙烯酰胺主要用于水处理

10、和造纸。国内开发阳离子型聚丙烯酰胺较晚，80年代开发出甲基丙烯酸二甲胺乙酯氯甲烷盐（MAETAC）与丙烯酰胺（AM）现阶段使用的阳离子型聚丙烯酰胺，主要由丙烯酰胺和阳离子单体（二甲基二烯丙基氯化铵,甲基丙烯酸二甲胺乙酯氯甲烷盐或丙烯酸二甲胺乙酯氯甲烷盐）共聚而成。典型分子式为——

11、

12、WW表示阳离子基团。阳离子单体的种类很多，阳离子单体可用下列通用分子结构表示。

13、——

14、式中，M为阳离子中心原子，可以是N、P、S原子（为S时仅有三个烃基）；R1～R4代表烃基（其中至少一个为不饱和烯烃基或反应性环氧烃基），多数情况下，

15、4个烃基中至少有两个相同，烯烃基碳数在2～40的范围内，最好2～12，其他烃基碳数为0～10，最好1～3。烯烃基主链或支链还可带—OH，—NH2－，—CONH2－,—C6H10－，—COO－，—CONH－等功能性基团；X－则为卤素原子，多数情况下为Cl－。有机阳离子聚合物有季铵、季磷和叔硫三大类型，但只有季铵型阳离子聚合物在油田得到应用。第25页（共29页）聚丙烯酰胺概述