多元共聚合成黏土防膨剂毕业论文
2021-06-25 00:47:52
摘 要
石油开采进入注水开发阶段后，由于外来水源的注入导致油气储层内原有环境的稳定性遭到破坏，使得储层内的黏土发生膨胀或运移，进而影响储层的产能。研究开发防止黏土膨胀的水溶性高分子聚合物以改变黏土表面的物理化学性质，阻止黏土膨胀或运移，成为保护储层，维护储层产能的一个十分重要的研究课题。
本实验以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）和丙烯酰胺（AM）为单体合成了DMC-AM共聚物黏土防膨剂，通过红外光谱对其结构进行表征，结果表明DMC和AM单体确实发生了共聚作用。然后对DMC-AM的防膨性能进行测试，结果表明最佳的合成条件是：n(DMC):n(AM)=1:2，引发剂加量占单体总质量的0.5%，反应温度为60 ℃，反应时间是5 h。而后讨论了影响该防膨剂分子量的因素，结果表明通过改变引发剂的加量可以达到对防膨剂分子量进行控制的目的。
关键词：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；共聚物；黏土防膨剂
Abstract
When Petrol Extraction entries into water injection stage, reservoir clay would expand or immigrate because of the original environment destruction led by the external source injection, thus influencing reservoir capacity. As a consequence, how to maintain reservoir capacity turns into a significant research project. It is supposed to develop a kind of water soluble polymer to improve the physical and chemical properties of the clay and prevent its expanding or immigrating.
This experiment synthesized DMC/AM copolymer clay expansion agent based on methacryloyloxyethyl trimethyl ammonium chloride (DMC) and acrylamide (AM). The result of IR characterization of its structure manifests that DMC and AM monomer did contribute to copolymerization. Moreover, the test of its nonexpanding performance reveals the best synthesis condition is
n (DMC): n(AM) =1:2, the initiator content is 0.5%, reaction temperature is 60 degrees C and reaction time takes 5 hours. This experiment also probes into the factors affecting the molecular weight of the copolymer. And the results indicate that the regulation of molecular weight of the copolymer could be realized by changing the concentration of the initiator.
Key Words：DMC；copolymer；Clay anti swelling agent
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 3
1.1 研究背景 3
1.2 黏土矿物的基本构造 3
1.3 黏土矿物的种类及性质 3
1.4 黏土防膨剂的种类 5
1.4.1 无机盐类黏土防膨剂 5
1.4.2 无机多核聚合物和阳离子表面活性剂 6
1.4.3 有机阳离子聚合物防膨剂 7
1.5 DMC与AM的聚合方法研究 8
1.5.1 DMC与AM的溶液聚合 8
1.5.2 DMC与AM的乳液聚合 9
1.6 研究目的及意义 9
第2章 实验部分 11
2.1 实验原料与仪器 11
2.1.1 实验原料 11
2.1.2 实验仪器 11
2.2 DMC-AM共聚物的制备 11
2.3 DMC-AM共聚物红外表征 12
2.4 DMC-AM共聚物特征粘度测定 13
2.5 DMC-AM共聚物防膨性能测试 14
第3章 结果分析与讨论 15
3.1 红外测试结果分析 15
3.2 防膨性能评价 16
3.2.1 单体配比对防膨性能的影响 16
3.2.2 引发剂用量对防膨性能的影响 16
3.2.3 反应温度对防膨性能的影响 17
3.2.4 反应时间对防膨性能的影响 17
3.3 引发剂浓度对共聚物分子量的影响 18
第4章 结论 19
参考文献 20
致 谢 22
第1章 绪论
1.1 研究背景
在石油的开发过程中，注水是一个比较重要的阶段，为了维持和稳定石油的产量并增加其产率，石油开采注水阶段至关重要，但是向油井中注水面临着许多困难，其中最主要的就是注水储层容易水化膨胀，尤其是油井中具有明显水化膨胀特性的蒙脱石和伊/蒙混合矿物对于强水敏储层会产生很大的伤害，其吸水膨胀后会产生很大的膨胀压，导致泥页岩强度降低，最终可能产生井壁失稳甚至坍塌等严重后果，因此研制出具有针对性的黏土防膨剂对于石油的开采和其优产高产以及石油开采的安全性都有极其深远的意义。
石油开采进入注水开发阶段后，由于外来水源的注入导致油气储层内原有环境的稳定性遭到破坏，使得储层内的黏土发生膨胀或运移，进而影响储层的产能。研究开发防止黏土膨胀的水溶性高分子聚合物以改变黏土表面的物理化学性质，阻止黏土膨胀或运移，成为保护储层，维护储层产能的一个十分重要的研究课题。
1.2 黏土矿物的基本构造
黏土是具有晶体结构的细粒状黏土矿物组成的颗粒物聚集体，其主要成分是氧化硅、氧化铝、铝硅酸盐和水。黏土矿物的基本构造单元大致可分为以下机内：
- 硅氧四面体和四面体片
- 铝氧八面体和八面体片
- 层状黏土矿物
1.3 黏土矿物的种类及性质
- 高岭石：高岭石的英文名称是kaolinite，高岭石也被称作观音土、白鳝泥、膨土岩等，其晶系是属于三斜晶系，高岭石的硬度比较低，一般只有2.5左右，密度与一般矿石的密度相差不大，高岭石中的杂质较少时其颜色为白色，当其中含有不同杂质会呈现出不同的颜色。高岭石的片状结构中，晶层间的连接力为氢键力和范德华力，这两种力能够将高岭石的晶层紧密的连接在一起，能有效的阻止水分子进入晶层间，这种黏土难以水化膨胀。
- 蒙脱石和伊利石：蒙脱石和伊利石都是由几种基本单元复合构成的层状黏土矿物。蒙脱石的晶格中Al3 被Mg2 代替，这种取代是发生在蒙脱石的八面体单元中；伊利石的晶格中Si4 被Al3 代替，与蒙脱石相反，伊利石的取代是发生在其四面体单元中；因此，与蒙脱石相比，伊利石的晶格中，阳离子的取代更多。蒙脱石晶层间的连接力只有范德华力，结合作用比较弱，而且它的表面积也很大，使水分子很容易进入蒙脱石的晶层，对水分子极其敏感，所以蒙脱石属于易水化分散矿物。伊利石晶层间的连接力有范德华力和K 嵌力，晶层间结合得比较稳定、紧密，对水分子不太敏感。表1-1为部分黏土矿物的基本结构和水敏性能。
表1-1 部分黏土矿物的基本结构和水敏性能
