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阳离子聚丙烯酸酯页岩抑制剂的合成及应用研究

高海燕  
【摘要】:本实验的制备原理根据自由基聚合机理,以丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸(AA)为主要原料,在过硫酸钾(KPS)的引发下及少量乳液稳定剂的作用下,通过无皂乳液聚合制备了一系列的P(AM/DMC/MMA/AA)乳液。结合P(AM/DMC/MMA/AA)乳液的外观、粘度及稳定性,并对其作为页岩抑制剂时页岩回收率及膨胀率进行测试,根据测试结果随各单体用量的变化情况,确定较佳的合成工艺。利用红外光谱(IR)和核磁共振(NMR)对共聚物的结构进行了分析;通过动态激光粒径(DLS)、流变仪、热重分析(TG)及动态热机械分析仪(DMA)等表征手段,对粒径及其分布、动态流变行为和热力学行为进行研究。最后对P(AM/DMC/MMA/AA)乳液在页岩抑制方面进行了应用研究,得出主要研究结果如下: (1)较合理的制备条件:通过无皂乳液聚合的方法,各单体的用量为当AA用量在4%,DMC用量在10%,MMA用量为8%~9%时较佳。在70℃下,加入一定量的去离子水、AM、AA、DMC、MMA,搅拌并使之溶解,加入引发剂及胶体稳定剂,保温3h反应,自然冷却得固含量为15%的乳液。 (2)经红外(FT-IR)谱图与1HNMR分析,对所得产物的结构进行了表征,经测试分析表明本实验所合成的无规共聚物P(AM/DMC/MMA/AA)为预期的产物。 (3)P(AM/DMC/MMA/AA)胶膜随AA或MMA质量百分数的增加分解温度都略微降低。P(AM/DMC/MMA/AA)乳液随AA的增加乳液粒径先增加后减小,Zeta电位呈降低趋势;而随DMC的用量的增加,乳液粒径及Zeta电位的变化曲线与AA的呈相反趋势。随MMA的增加乳液粒径先减小后增大,且随着MMA含量的增加,聚合物乳液由牛顿流体变为非牛顿流体且呈现一定的假塑性和触变性,聚合物乳液的表观粘度随切变速率的增加呈现一定的切力变稀的特征。 (4)P(AM/DMC/MMA/AA)乳液的页岩回收率和膨胀率较佳测试结果:当AA用量在4%,DMC用量在10%,MMA用量为8%~9%时较佳,页岩回收率达25.4%,膨胀率达11.4%。从岩心浸泡实验和絮凝实验照片上看,本实验所制备的P(AM/DMC/MMA/AA)页岩抑制剂都具有良好抑制性能和絮凝能力。P(AM/DMC/MMA/AA)乳液样品与不同类型、不同浓度的无机盐均具有良好的配伍性。 以上研究表明该合成的页岩抑制剂为目标产物,且具有良好的页岩抑制能力,能够显著抑制泥页岩水化膨胀,与无机盐有良好的配伍性。这是一种新型的能够显著提高页岩回收率,降低膨胀率的共聚物页岩抑制剂。


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