接枝改性pb胶乳的制备及其在油井水泥中的应用研究

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1、接枝改性PB胶乳的制备及其在油井水泥中的应用研究PreparationofGraft-ModifiedPBLatexanditsAppliedResearchinOilwellCement学科专业：材料学作者姓名：潘文杰指导教师：郭锦棠教授天津大学化工学院二零一七年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在

2、论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要随着国内石油钻探逐渐向复杂地层方向发展,井底环境越发的复杂,固井难度也进一步加大，单纯的使用油井水泥封固无法满足

3、固井条件需求，因此，需要向油井水泥中添加一些外加剂（包括有机材料、有机高分子材料、无机材料及复合材料）来改善油井水泥浆各项性能，以加强固井的质量,确保油气资源开采的效率、产量及延长油井使用的年限。针对目前固井用胶乳抗盐能力和冻融稳定性差、增韧能力不足、综合性能欠佳等问题，本文将苯乙烯（St）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）及N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）作为改性功能单体接枝到种子乳液聚丁二烯（PB）上并结合分子设计原理和乳液聚合方法，优选出最佳聚合配方和合成工艺，研制成了综合性能良好的固井用胶乳HTL-100L。本文通过红

4、外光谱（IR）、核磁（NMR）、热失重（TG）、粒径分析仪、透射电镜（TEM）等表征手段对HTL-100L进行分析，结果表明：合成的胶乳包含了所有参与聚合的单体结构，HTL-100L为目标产品；高温下分子结构稳定，耐温能达到420℃左右；平均粒径207nm；从TEM图显示HTL-100L具有明显的核壳结构；HTL-100L的固含量32%，粘度25mPa·s，抗离子稳定性和机械稳定性良好，表现为微泛蓝光的白色的乳液。对HTL-100L水泥浆性能测试结果表明：HTL-100L的抗盐稳定性良好，可以用于含盐水泥浆体系固井作业；HTL-100L冻

5、融稳定性得到明显改善；HTL-100L改善了水泥浆的流变性能，减少了水泥浆游离液含量，降低了水泥浆的失水量，水泥浆的稳定性得到改善；HTL-100L提高了水泥石的抗折强度，改善了水泥石强度后期衰退的问题，水泥石早期强度发展良好；水泥石弹性模量低，显著改善了水泥石的韧性；HTL-100L水泥浆稠化曲线平稳，过渡时间短，近似直角稠化，适用温度范围宽（80-180℃），能在高温下与其他外加剂配伍使用。利用水泥水化热测定仪、X射线衍射（XRD）及扫描电子显微镜（SEM）表征手段探究了胶乳在水泥浆中的作用机理，结果表明：HTL-100L有弱的缓凝性

6、，HTL-100L抑制了水泥水化放热进程，阻碍了水泥水化产物Ca(OH)2的生成且随着胶乳加量的增大，这种抑制作用越强；聚合物膜的形成以及胶乳颗粒进入滤饼的孔隙中堵住了水流失的路径，从而改善了水泥浆失水量；胶乳在水泥中形成的互穿交织的网状结构和聚合物膜提高了水泥石的韧性。关键词：固井，胶乳，水泥浆，水泥水化，冻融稳定性，稠化性能，韧性IIIABSTRACTThepetroleumexplorationgraduallydevelopedtothecomplexstrata,causingtheenvironmentinbottomhole

7、morecomplex,andcementingdifficultyisfurtherincreased.Theuseofoilcementalonecannotmeettheneedsofcementingconditions,therefore,itisnecessarytoaddsomeadmixtures(includingorganicmaterials,polymermaterials,inorganicmaterialsorcomposites)tothewellcementtoimprovetheperformanceof

8、thecementslurryandthecementingquality,drillingefficiency,crudeoilproductionandextendthelifeofoil