水基鉆井液用抗高溫聚合物增黏劑的研制及作用機(jī)理

謝彬強(qiáng)，邱正松，鄭力會

(1.長江大學(xué) 油氣鉆井技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室防漏堵漏技術(shù)研究室，湖北 武漢 430100；2.中國石油大學(xué)(華東) 石油工程學(xué)院，山東 青島 266580)

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水基鉆井液用抗高溫聚合物增黏劑的研制及作用機(jī)理

謝彬強(qiáng)1，邱正松2，鄭力會1

(1.長江大學(xué) 油氣鉆井技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室防漏堵漏技術(shù)研究室，湖北 武漢 430100；2.中國石油大學(xué)(華東) 石油工程學(xué)院，山東 青島 266580)

摘要：以2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸鈉(NaAMPS)、N-乙烯基己內(nèi)酰胺(VCL)、二乙烯苯(DVB)為共聚單體，采用自由基膠束聚合法制備了新型抗高溫聚合物增黏劑SDKP，并通過單因素實(shí)驗(yàn)對反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化。采用傅里葉變換紅外光譜、紫外光譜、凝膠色譜分別對SDKP的分子結(jié)構(gòu)和平均分子量進(jìn)行了表征和測定，并評價(jià)了增黏劑SDKP在低膨潤土鉆井液和無固相鉆井液中的抗溫增黏性能。評價(jià)結(jié)果表明，SDKP在2.5%低膨潤土鉆井液中的抗溫能力達(dá)230 ℃，在無固相鉆井液中的抗溫能力達(dá)190 ℃，其在鉆井液中具有良好的抗溫性能和增黏性能，抗溫增黏效果優(yōu)于國外同類代表產(chǎn)品HE300。最后通過熱重分析、環(huán)境掃描電鏡觀測、高溫黏度測試等手段，探討了SDKP的抗溫增黏作用機(jī)理。

關(guān)鍵詞：增黏劑；水基鉆井液；抗高溫性能；作用機(jī)理

謝彬強(qiáng),邱正松,鄭力會.水基鉆井液用抗高溫聚合物增黏劑的研制及作用機(jī)理[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,31(1):96-102.

XIE Binqiang,QIU Zhengsong,ZHENG Lihui.Synthesis and effect mechanism of a high-temperature-resisting viscosifier SDKP for water-based drilling fluid[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(1):96-102.

引言

目前，我國許多油氣田開發(fā)已進(jìn)入晚期，調(diào)整井鉆井過程中的防漏堵漏及降低儲層傷害成為研究熱點(diǎn)。為降低漏失，減輕儲層傷害，擬在儲層鉆進(jìn)中采用低(無)固相低密度水基鉆井液體系，但常用的低(無)固相低密度儲層保護(hù)鉆井液(如低膨潤土鉆井液、無膨潤土鉆井液、無固相鉆井液等)高溫穩(wěn)定性較差，會產(chǎn)生嚴(yán)重的高溫降黏現(xiàn)象，難以滿足深部高溫低壓油藏的高效開發(fā)需求[1-2]。低(無)固相低密度鉆井液體系的流變性、濾失造壁等性能主要通過聚合物增黏劑來調(diào)節(jié)，鉆井液體系主要以聚合物增黏劑來構(gòu)建，因此研發(fā)具有更高抗溫能力的低(無)固相鉆井液體系的關(guān)鍵技術(shù)是研制新型抗高溫增黏劑。目前國內(nèi)外常用的增黏劑主要有雪佛龍菲利普斯公司的HE系列、XC、80A51等，但以上增黏劑都具有一定的抗溫局限性[2-4]。在新型抗溫增黏劑的研發(fā)方面，中石油鉆井院閆麗麗等[5]研制了一種抗溫抗鹽增黏劑PADA，其能有效提高淡水、鹽水鉆井液黏度，在4%膨潤土鉆井液中的抗溫能力為170 ℃，因此，其仍受限于深部油藏的高溫、超高溫條件。由于鉆井液增黏劑抗溫性能不足，目前尚未見膨潤土含量低于 3%、抗溫能力高于 200 ℃的低固相低密度水基鉆井液體系和抗溫能力高于180 ℃的無固相低密度鉆井液研究、應(yīng)用方面的報(bào)道。為此，筆者通過單體優(yōu)選，在抗高溫處理劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上[6]，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研制出了在膨潤土含量2.5%的低固相水基鉆井液中抗溫能力達(dá)230 ℃、在無固相水基鉆井液中抗溫能力達(dá)190 ℃的抗高溫聚合物增黏劑(SDKP)，通過單因素實(shí)驗(yàn)對反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化，并對其作用機(jī)理進(jìn)行了研究。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑和儀器

主要試劑：N-乙烯基己內(nèi)酰胺(NVCL)、2-甲基-2-丙烯酰胺基-丙磺酸(AMPS)均為工業(yè)品；二乙烯基苯(DVB)為化學(xué)純；十二烷基磺酸鈉(SDS)、氫氧化鈉(NaOH)、氯化鈉(NaCl)、偶氮二異丁腈(AIBN)、乙醇均為分析純；抗高溫增黏劑HE300，雪佛龍菲利普斯公司。

主要儀器：Nicolet 710型紅外光譜儀;721型紫外-可見分光光度儀；Waters 2695型凝膠滲透色譜儀；HTG-1 型熱重分析儀；Haake RS6000型流變儀；Quanta 450型環(huán)境掃描電鏡；ZNND6 型六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)；常溫常壓API濾失儀。

1.2聚合物增黏劑SDKP的制備

稱取一定量的AMPS，將其溶解于適量的去離子水中并攪拌均勻，用一定濃度的NaOH水溶液調(diào)節(jié)AMPS溶液pH值至中性，然后將AMPS溶液倒入三口瓶中，加入一定量的表面活性劑SDS，待其完全溶解后，依次向三口瓶中加入一定量的油溶性單體NVCL、引發(fā)劑AIBN和交聯(lián)劑DVB，并攪拌均勻。向三口瓶通氮?dú)?30 min除氧，然后將恒溫水浴升溫至63 ℃，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下連續(xù)反應(yīng)6 h，得白色膠狀物，用乙醇沉淀，并反復(fù)洗滌，50 ℃真空干燥并粉碎，即得增黏劑SDKP樣品。聚合反應(yīng)式如下：

1.3聚合物增黏劑表征及測試

分別采用紅外光譜儀、紫外-可見分光光度儀表征SDKP的分子結(jié)構(gòu)，其中分光光度儀吸收光波長范圍為200～400 nm，測試溫度為25 ℃；采用凝膠滲透色譜儀對增黏劑SDKP進(jìn)行平均分子量和分子量分布測定，以pullulan p-82(葡聚糖)為標(biāo)準(zhǔn)樣；采用熱重分析儀對增黏劑SDKP進(jìn)行熱失重分析，測試溫度范圍為室溫至600 ℃，升溫速度為5 ℃/min，氮?dú)夥諊?；采用流變儀測定SDKP水溶液黏度，測試溫度范圍為20～140 ℃，控溫精度為±0.01 ℃，剪切速率為6 s-1；采用環(huán)境掃描電鏡(ESEM)觀察SDKP在水中的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)方法為冷凍升華法。

1.4鉆井液性能評價(jià)

分別配制低膨潤土基漿(向清水中加入2.5%膨潤土高速攪拌20 min后，常溫下水化24 h)和無固相清水基漿(清水)，向基漿中加入一定量的增黏劑SDKP、0.5%除氧劑NaHSO3以及其他處理劑，參照國家標(biāo)準(zhǔn) GB /T16783- 1997《水基鉆井液現(xiàn)場測試程序的方法》，分別測定低膨潤土鉆井液體系和無固相鉆井液體系高溫老化前后的流變性能及濾失性能。

2結(jié)果與討論

2.1增黏劑合成條件優(yōu)化

在低膨潤土基漿中加入 0.8%合成產(chǎn)物和0.5%NaHSO3，以230 ℃ /16 h 老化前后的表觀黏度、塑性黏度、動切力為主要考核指標(biāo)，對聚合反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化。前期通過大量探索性實(shí)驗(yàn)，得出了較優(yōu)的反應(yīng)條件：NVCL 摩爾分?jǐn)?shù)50%，引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%，反應(yīng)溫度60 ℃，單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%，DVB摩爾分?jǐn)?shù) 1.0%，pH值為7，反應(yīng)時(shí)間為6 h，為了確定最佳反應(yīng)條件，通過單因素實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步對反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化，得到某一因素最佳條件后，后面的實(shí)驗(yàn)就都采用其最佳反應(yīng)條件。

2.1.1NVCL加量的影響NVCL摩爾分?jǐn)?shù)對合成產(chǎn)物性能的影響如圖1所示。

從圖1中可看到，隨著NVCL單體摩爾分?jǐn)?shù)的增加，由合成產(chǎn)物配制的鉆井液的表觀黏度、塑性黏度以及動切力明顯提高，且經(jīng)230 ℃老化后，鉆井液的表觀黏度、塑性黏度和動切力的保持率也明顯上升，這說明反應(yīng)中增加NVCL單體加量，能提高合成產(chǎn)物的抗溫、增黏、提切性能，這是由NVCL單體特殊的七元環(huán)側(cè)鏈所決定的[7]。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，當(dāng)NVCL摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到60%時(shí)，由合成產(chǎn)物配制的鉆井液的黏度和切力基本達(dá)到最大，且老化后各流變參數(shù)的保持率較高，因此，確定合成反應(yīng)中NVCL的最佳摩爾分?jǐn)?shù)為60 %。

圖1　NVCL摩爾分?jǐn)?shù)對產(chǎn)物性能的影響Fig.1　Effect of N-vinylcaprolactam mole fraction on properties of product

2.1.2SDS加量的影響考察了SDS加量對合成產(chǎn)物性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2　SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)對產(chǎn)物性能的影響Fig.2　Effect of SDS mass fraction on properties of product

由圖2可知，當(dāng)SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)，合成產(chǎn)物具有最優(yōu)的增黏、提切和抗溫性能，這是因?yàn)楫?dāng)SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于2%時(shí)，其形成的膠束數(shù)量有限，NVCL、DVB等親油單體不能完全增溶于膠束中，此時(shí)反應(yīng)體系中的親油單體大多處于游離態(tài)，從而降低了NVCL、DVB的引入度；隨著SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，其形成的膠束數(shù)量大大增加，由于親油單體在SDS膠束中的增溶方式為夾心型增溶[7]，這將有利于形成更大尺寸的膠束體，因此親油單體在每個膠束單元中增溶量也將增加，這將提高親油鏈段在增黏劑分子中的數(shù)量和長度，因此得到產(chǎn)物的增黏、提切、抗溫性能更好；由于體系中親油單體含量一定，當(dāng)繼續(xù)增加SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)(大于2%)時(shí)，隨著體系中形成的膠束數(shù)量的進(jìn)一步增加，親油單體在每個膠束單元中的增溶量將降低，這將致使增黏劑分子中的親油單體的數(shù)量降低，導(dǎo)致產(chǎn)物性能又會變差。因此，SDS的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%。

2.1.3引發(fā)劑加量的影響引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對合成產(chǎn)物性能的影響如圖3所示。

由圖3可知，引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時(shí)，合成產(chǎn)物性能最優(yōu)。這是因?yàn)镹VCL單體反應(yīng)活性較低，當(dāng)引發(fā)劑濃度較低時(shí)，產(chǎn)生的自由基數(shù)量較少，難以引發(fā)足夠數(shù)量的NVCL單體，由于產(chǎn)物分子中NVCL單元數(shù)量較少，導(dǎo)致產(chǎn)物性能不好；而當(dāng)引發(fā)劑濃度過高(質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.2%)時(shí)，將產(chǎn)生過多的自由基，使得鏈轉(zhuǎn)移副反應(yīng)增強(qiáng)、鏈終止時(shí)間變短，導(dǎo)致產(chǎn)物性能變差。因此，引發(fā)劑的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%。

圖3　引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對產(chǎn)物性能的影響Fig.3　Effect of initiator mass fraction on properties of product

2.1.4DVB加量的影響考察了DVB摩爾分?jǐn)?shù)對合成產(chǎn)物性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4　DVB摩爾分?jǐn)?shù)對產(chǎn)物性能的影響Fig.4　Effect of DVB mole fraction on properties of product

考察了DVB加量對合成產(chǎn)物性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。從圖4中可看到，合成產(chǎn)物的增黏、提切能力隨著DVB加量的增加而明顯提高，這是因?yàn)楫a(chǎn)物分子中DVB的引入會大大增強(qiáng)其分子內(nèi)的交聯(lián)結(jié)構(gòu)。但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)DVB摩爾分?jǐn)?shù)大于2%時(shí)，會導(dǎo)致產(chǎn)物難溶于水；鉆井液老化后的黏度、切力保持率隨著DVB單體加量的增加變化不大，這說明反應(yīng)中DVB單體加量變化，對合成產(chǎn)物的抗溫性能影響較小。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，DVB摩爾分?jǐn)?shù)為1%時(shí)，產(chǎn)物具有最好的抗溫、增黏、提切性能。

2.1.5反應(yīng)溫度的影響反應(yīng)溫度對合成產(chǎn)物性能的影響如圖5所示。從圖5中可看到，產(chǎn)物性能隨著反應(yīng)溫度的上升先逐漸提高后下降，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到約63 ℃時(shí)，合成產(chǎn)物的抗溫、增黏、提切性能最優(yōu)。這是由于溫度的上升加劇了單體的熱運(yùn)動，增強(qiáng)了單體的反應(yīng)活性，提高了NVCL、DVB單體在產(chǎn)物分子中的含量，因此增強(qiáng)了產(chǎn)物的抗溫、增黏、提切性能；當(dāng)溫度過高時(shí)，將導(dǎo)致引發(fā)劑分解速率和鏈轉(zhuǎn)移副反應(yīng)大大增加，這將致使產(chǎn)物性能變差。

圖5　反應(yīng)溫度對產(chǎn)物性能的影響Fig.5　Effect of reaction temperature on properties of product

由單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，最優(yōu)反應(yīng)條件為NVCL摩爾分?jǐn)?shù)60 %、SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%、引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%、DVB摩爾分?jǐn)?shù)1%、反應(yīng)溫度63 ℃，將此反應(yīng)條件下合成的聚合物增黏劑命名為SDKP。計(jì)算了在最優(yōu)反應(yīng)條件下增黏劑SDKP的反應(yīng)產(chǎn)率，結(jié)果表明，共聚反應(yīng)產(chǎn)率高于82%。

2.2增黏劑表征

2.2.1紅外光譜分析聚合物增黏劑SDKP的紅外光譜如圖6所示。經(jīng)分析可知：圖中3 190 cm-1為分子中苯環(huán)=C—H的伸縮振動峰；2 936 cm-1為—CH2伸縮振動峰；1 671 cm-1為VCL中C=O的伸縮振動峰；1 540 cm-1為VCL中C—N的伸縮振動峰；1 438 cm-1、1 401 cm-1、1 290 cm-1分別為—CH2、—CH3、—CH的彎曲振動峰；1 040 cm-1和1 195 cm-1為AMPS鏈節(jié)中磺酸基的特征峰。結(jié)果表明，產(chǎn)物分子鏈中含有分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的磺酸基、己內(nèi)酰胺和苯環(huán)等基團(tuán)，產(chǎn)物為目標(biāo)共聚物。

2.2.2紫外光譜圖7為SDKP的紫外譜圖。從該圖中可以看到，在 260～270 nm 處有一個弱吸收峰，該吸收峰為SDKP分子中交聯(lián)結(jié)構(gòu)單元苯環(huán)的B帶特征吸收峰，這證明了SDKP分子中含有一定的微交聯(lián)結(jié)構(gòu)。

圖6　SDKP的紅外光譜Fig.6　FT-IR spectrum of SDKP

圖7　SDKP的紫外譜Fig.7　UV spectrum of SDKP

2.2.3相對分子量及分子量分布由凝膠色譜測定結(jié)果可知，最優(yōu)反應(yīng)條件下合成的5組增黏劑SDKP的重均分子量為89～106萬，數(shù)均分子量為38～42萬，分散指數(shù)為2.35～2.50。從測試結(jié)果可知，增黏劑SDKP的分子量不高。

2.3SDKP在鉆井液中的性能評價(jià)

分別測試了增黏劑SDKP在不同類型的低(無)固相水基鉆井液中的流變性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。從表1中可看出，SDKP在低膨潤土鉆井液和無固相鉆井液中均具有良好的抗溫增黏作用，其中SDKP在低膨潤土淡水、鹽水鉆井液體系中的抗溫能力達(dá)230 ℃，在低膨潤土飽和鹽水鉆井液體系中的抗溫能力達(dá)190 ℃，其在低膨潤土鉆井液中的抗溫增黏能力明顯優(yōu)于雪弗龍菲利普斯公司的代表性抗溫增黏劑HE300；SDKP在無固相淡水、鹽水鉆井液體系中的抗溫能力達(dá)190 ℃，在無固相飽和鹽水鉆井液體系中的抗溫能力達(dá)150 ℃，SDKP在無固相鉆井液中的抗溫、增黏、抗鹽效果也優(yōu)于HE300。性能評價(jià)結(jié)果表明，SDKP在低(無)固相水基鉆井液中均具有良好的抗溫、增黏、抗鹽性能。

表1　SDKP在低(無)固相鉆井液中的性能評價(jià)

注：低膨潤土淡水漿為 低膨潤土基漿+ 0.5% Na2SO3+6%SD-101 + 2%SD-201+ 3%HQ-10

低膨潤土鹽水漿為 低膨潤土基漿+0.5%Na2SO3+6%SD-101+2%SD-201+3%HQ-10+5% NaCl

低膨潤土飽和鹽水漿為 低膨潤土基漿+0.5%Na2SO3+6%SD-101+2%SD-201+3%HQ-10+36% NaCl

無固相淡水漿為 清水+ 1.5% DFD-140+ 0.5% Na2SO3

無固相鹽水漿為 清水+ 1.5% DFD-140+ 0.5% Na2SO3+5% NaCl

無固相飽和鹽水漿為 清水+ 1.5% DFD-140+ 0.5% Na2SO3+36% NaCl

2.4機(jī)理分析

2.4.1SDKP分子鏈熱穩(wěn)定性分析采用熱重分析測試了SDKP分子鏈的熱穩(wěn)定性，測試結(jié)果如圖8所示。從圖 8 中可以看到，SDKP發(fā)生熱分解的初始溫度在150 ℃以下，樣品保留率為85%以上，這是由于SDKP分子中含有大量的強(qiáng)親水基團(tuán)磺酸基，此時(shí)主要是由于增黏劑分子中吸附的水等揮發(fā)所致樣品失重(失重率小于15%)；在150～330 ℃范圍內(nèi)，樣品保留率為80%以上，其中在150～205 ℃區(qū)間內(nèi)，樣品保留率基本保持不變；當(dāng)溫度高于330 ℃時(shí)，SDKP分子鏈開始劇烈分解，樣品保留率小于50%，這表明增黏劑分子鏈的熱穩(wěn)定性很強(qiáng)，具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性。這是因?yàn)樵鲳┓肿又鱾?cè)鏈為C-C、C-N等高鍵能鍵，且分子中的大七元環(huán)己內(nèi)酰胺側(cè)鏈、苯環(huán)交聯(lián)結(jié)構(gòu)可顯著增強(qiáng)SDKP分子剛性[7]。因此，SDKP分子具有優(yōu)異的抗溫性能。

圖8　SDKP的熱重分析Fig.8　Thermal gravimetric analysis of SDKP

黏劑分子中吸附的水等揮發(fā)導(dǎo)致樣品失重；只有溫度高于330 ℃時(shí)，SDKP分子鏈開始劇烈分解，這表明增黏劑分子鏈的熱穩(wěn)定性很強(qiáng)，具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性。這是因?yàn)樵鲳┓肿又鱾?cè)鏈為C—C、C—N等高鍵能鍵，且分子中的大七元環(huán)己內(nèi)酰胺側(cè)鏈、苯環(huán)交聯(lián)結(jié)構(gòu)可顯著增強(qiáng)SDKP分子剛性[7]。因此，SDKP分子具有優(yōu)異的抗溫性能。

2.4.2SDKP分子的微交聯(lián)結(jié)構(gòu)采用Quanta450型環(huán)境掃描電鏡(ESEM)研究了SDKP在水溶液中的微觀結(jié)構(gòu)，結(jié)果如圖9所示。從圖9中可以看到，SDKP在水中能形成連續(xù)而致密的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且隨著SDKP濃度的增加，該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)變得更為致密，網(wǎng)狀骨架寬度更大，從而帶來更好的黏度貢獻(xiàn)。這是因?yàn)镾DKP不同于常規(guī)線性聚合物，其分子中同時(shí)含有帶有疏水苯環(huán)的微交聯(lián)結(jié)構(gòu)和疏水性己內(nèi)酰胺側(cè)鏈，SDKP分子內(nèi)適度的微交聯(lián)結(jié)構(gòu)是其在室溫下具有良好增黏性能的主要原因。

圖9　SDKP在水溶液中的環(huán)境掃描電鏡照片F(xiàn)ig.9　ESEM images of aqueous solution of SDKP

2.4.3SDKP分子的溫敏締合作用采用Haake RS6000型流變儀研究了SDKP水溶液黏度隨溫度的變化情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。從圖10中可看到，隨著溫度的上升，SDKP水溶液黏度先略有降低后明顯增加，呈現(xiàn)出了明顯的高溫締合增黏現(xiàn)象。這是因?yàn)镾DKP分子中的己內(nèi)酰胺七元環(huán)為溫度敏感性疏水側(cè)鏈，該側(cè)鏈的疏水締合作用會隨著溫度上升而愈發(fā)增強(qiáng)，導(dǎo)致其分子流體力學(xué)體積變大，溶液黏度上升[8]，因此SDKP分子的溫敏締合行為可增強(qiáng)鉆井液體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高鉆井液體系黏切。

圖10　1%SDKP水溶液的溫敏締合增黏作用Fig.10　Thermothicking performance of 1%SDKP aqueous solution

3結(jié)論

(1)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新型抗高溫增黏劑SDKP最優(yōu)合成條件為NVCL摩爾分?jǐn)?shù)60 %、SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%、引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%、DVB摩爾分?jǐn)?shù)1%、反應(yīng)溫度63 ℃。

(2)新研制的抗高溫聚合物增黏劑SDKP在低膨潤土鉆井液和無固相鉆井液中的抗溫能力分別達(dá)230 ℃和190 ℃，具有良好的抗溫性能和增黏性能，其抗溫增黏效果優(yōu)于國外同類具有代表性的處理劑HE300。

(3)增黏劑SDKP分子量不高，SDKP分子內(nèi)存在的微交聯(lián)結(jié)構(gòu)、分子的溫敏締合增黏行為以及分子鏈自身優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，是其具有優(yōu)良增黏抗溫性能的主要原因。

參 考 文 獻(xiàn)：

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責(zé)任編輯：董瑾

DOI：10.3969/j.issn.1673-064X.2016.01.016中圖分類號：TE254+.4

文章編號：1673-064X(2016)01-0096-07

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

收稿日期：2015-04-20

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金“基于溫敏聚合物的水基鉆井液恒流變特性研究”(編號：51404040)

作者簡介：謝彬強(qiáng)(1981-)，男，副教授，博士，主要從事油氣井工作液方面研究。E-mail：xiebinqiang1981@163.com

Synthesis and Effect Mechanism of a High-temperature-resisting Viscosifier SDKP for Water-based Drilling Fluid

XIE Binqiang1,QIU Zhengsong2,ZHENG Lihui1

(1.Lost Circulation Prevention and Control Laboratory,National Engineering Laboratory for Oil and Gas Drilling Technology,Yangtze University, Wuhan 430100,Hubei,China;2.Faculty of Petroleum Engineering,China University of Petroleum (East China),Qingdao 266580,Shandong,China)

Abstract:Using sodium 2-acrylamido-2-methylpropane sulphonate (NaAMPS),N-vinylcaprolactam (VCL)and divinyl benzene (DVB)as comonomers,a new high-temperature-resisting polymer viscosifier SDKP was prepared by micellar copolymerization technique.The synthesis conditions were optimized by single factor experiments.The molecular structure of SDKP was characterized by FT-IR and UV.The average molecular weight of SDKP was measured by GPC.The thickening capacity of SDKP to low bentonite drilling fluid and solid-free drilling fluid and the high temperature resistance of two drilling fluids with SDKP were evaluated.The evaluation results show that the temperature resistance of low bentonite drilling fluid and solid-free drilling fluid with SDKP of 2.5% can reach to 230 ℃ and 190 ℃respectively.The thermal stability and the thickening performance of SDKP to two types of drilling fluid are very good,which are much better than those of foreign representative product HE300.Finally,the high-temperature-resisting and thickening mechanism of SDKP to two types of drilling fluid was discussed by thermogravimetric analysis,ESEM observation and high-temperature viscosity testing.

Key words:viscosifier;water-based drilling fluid;high-temperature resistance;effect mechanism