新型高分子页岩抑制剂开发

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1、新型高分子页岩抑制剂开发宿辉1作者简介：宿辉，工程师，主要从事钻完井液添加剂开发与应用，中海油能源发展股份有限公司采油技术服务分公司。地址：塘沽区渤海石油路688号采油技术服务分公司，电话：13821654349，022-66905015，邮箱：suhui@cnooc.com.cn，xiuhui331@126.com。任永忠2车连发1刘俊军1逯学朝1（1.中海油能源发展股份有限公司采油技术服务分公司天津2中国海洋石油有限公司天津分公司天津）摘要：采用分散聚合工艺，以丙烯酰胺、丙稀磺酸钠和二甲基二烯丙基氯化铵三种单体为原

2、料，合成了6个不同粘均分子量的共聚物，探讨了引发剂和稳定剂对特性粘数的影响，反应时间和转化率的关系，并对不同粘均分子量的共聚物抑制性以及抗温性能进行了测定和表征。结果显示粘均分子量和特性粘数随引发剂和稳定剂用量增加先增加后减小；转化率随反应时间呈饱和曲线特征；其中3#共聚物，页岩回收率78%（120℃）和63%（150℃），岩心膨胀率为125%，粘度保留率变化小，可以在钻井液中作为一种良好的页岩抑制剂。关键词：高分散聚合；页岩抑制剂；特性粘数0前言分散聚合反应指反应前溶于均相反应介质中的单体和引发剂，经聚合反应，生成的

3、聚合物不溶于反应介质中而析出，在分散稳定剂作用下，该聚合物以微细粒子形式稳定悬浮在反应介质中，使体系成为非均相的分散体。该聚合工艺简单，分子量均一性好，可适用于各种活性单体聚合，且能制备不同粒径的单分散性聚合物微球，因此这种聚合方法近年来已引起国内外学者极大重视，在采油助剂、污水处理絮凝剂、采矿采煤固液分离剂的合成等领域有着广泛的应用前景。国内外很多学者对这一工艺的反应机理进行了探讨，并利用这一工艺合成了很多不同性能的共聚物，但是关于高分散聚合产物在钻井液应用的报道却很少。为此，本文选择丙烯酰胺、丙稀磺酸钠和二甲基二稀

4、丙基氯化铵为单体，研究了合成两性高聚物的工艺条件，包括引发剂和稳定剂对特性粘数的影响，反应时间的确定等，并对合成的产物进行了比较和表征。1材料与方法1.1原料及仪器丙烯酰胺(AM)，天津福晨化学试剂厂；丙烯磺酸钠，上海德茂化工有限公司；二甲基二稀丙基氯化铵，杭州余杭凯丽化工有限责任公司；无水乙醇、硝酸钠、过硫酸钾、亚硫酸氢钠，天津化学试剂一厂。以上药剂均为分析纯试剂。六速旋转粘度测定仪：FANN35SA，美国FANN公司；高温滚子加热炉：5-ROLLOVEN，美国OFITE公司；真空泵：SZB型，上海博生水泵制造有限公

5、司；页岩膨胀仪：NP-01型，青岛海通达专用仪器厂；多联中压失水仪：SD4型，青岛海通达专用仪器厂。1.2制备工艺与设备在带搅拌器的反应釜中按照计算量分别加入丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯磺酸钠、稳定剂以及其它助剂，置于恒温槽中，匀速搅拌20min。通氮气30min后，升温到50℃并加入一定量的引发剂(K2S208／NaHSO3)，反应过程保持50℃恒温。反应一定时间后取出样品。冷却出料,测定转化率、粘度。反应设备如图1：图1合成反应装置设备示意图Fig1schematicdiagramofsynthesisre

6、actionDevice1单体配制槽；2引发剂配制槽；3助剂配制槽；4反应釜；5氮气瓶；6真空泵；7冷凝器；8计量泵；9出料管1.3粘度法测定高聚物分子量参照GB/T1632-93用乌氏粘度计测定合成的高聚物的特性粘数，再利用Mark-Houwink方程计算聚合物的粘均分子量。ηr＝t/t0─────────η＝√2（ηr-1-lnηr）C式中：──相对粘度；──特性粘数；──粘均分子量/万；──试样溶液浓度,g/100mL;──试样溶液的流经时间,s；──溶剂的流经时间,s。1.4丙烯酰胺单体转化率的测定在试样溶液中

7、加入过量的溴酸钾一溴化钾溶液，再用碘化钾还原未反应的溴而生成碘，用硫代硫酸钠标准溶液回滴析出的碘。产物中丙烯酰胺单体转化率含量按下式计算：式中：──聚丙烯酰胺单体残余量，%；──空白实验所耗硫代硫酸钠标准溶液的体积，mL；──试样所耗硫代硫酸钠标准溶液的体积，mL；──硫代硫酸钠标准溶液的浓度，mol/L；──试样质量，g；──样固含量，%。1.5页岩回收率和膨胀率测定用磙子加热炉进行页岩回收率(S)的测定。S值越大，说明该处理剂的抑制分散能力就越强。具体测定过程如下：首先称取6g研细过6~10目的干燥岩屑，置于300

8、mL一定浓度的待评价样品中，在150℃下热滚16h，过80目筛，用清水冲洗，烘干称重，计算页岩回收率S。式中：──原岩屑质量；──热滚后岩屑质量。膨胀率按照SY/T5946—94中4.3.8中测定步骤操作，计算16h膨胀率S16：式中：──岩心16小时膨胀量与岩心原始高度之比；──岩心16小时膨胀量；──岩心高度。1.6粘度保留率