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| 耐高温水平井环空化学封隔器的合成与性能评价 摘 要 水平井在我国及世界范围内应用十分广泛，是一类国内外油田开发中的十分重要的技术。但是就目前的技术而言，水平井的开发也带来了与之相关的难题，例如，水平井的水淹、水窜，等问题就是现在亟待解决的难题之一，如何进行水平井的堵水，尤其是高温油田中的水平井堵水问题值得做深入地研究。 本文研究了以可溶性淀粉为骨架材料的有机类的耐高温水平井环空化学封隔器的合成与性能评价。 首先，对化学合成类的耐高温水平井环空化学封隔器所需的骨架材料、接枝单体、触变剂、交联剂、引发剂等成分进行了种类筛选和加量确定，得出了体系的骨架材料为可溶性淀粉，接枝单体是丙烯酸和丙烯酰胺，触变剂为三乙醇胺钛，交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，引发剂为过氧化氢，合成出耐高温水平井环空化学封隔器的材料体系配方。同时对其反应的机理进行了分析，其反应可分为初级自由基生成，链引发，链增长，链终止等过程，产物中除了含有丙烯酸与淀粉的接枝共聚物、丙烯酰胺与淀粉的接枝共聚物，还有丙烯酸的自聚物、丙烯酰胺的自聚物等副产物。 其次，系统研究了影响反应的各个因素，如反应时间等，通过考察反应过程中反应体系的黏度、成胶时间、产物的强度、产物的触变性等性能进行研究。通过实验得到的结论是：当反应温度为120℃，反应物浓度为30%、接枝单体/淀粉质量比为1、丙烯酰胺/丙烯酸质量比为1.5、丙烯酸中和度为70%时、交联剂浓度为0.08%、触变剂浓度为0.1%、引发剂浓度为0.05%，成胶时间为6h；当反应时间为15h后，体系性能有最优的表现。 最后，采用MR301流变仪对材料的触变性进行更客观的评价，得到 c与m的数值，c值可以反映出触变体系经剪切静止后，结构恢复速率的相对大小；m值则反映出剪切后触变体系达到结构完全恢复所需要的时间的相对长短。计算得到本文体系的c=1.0415，m=0.1897，此耐高温ACP体系的触变性能良好。 实验中由于用填砂管物理模拟方法测量产物的持压能力，当温度在110℃到130℃之间时，材料出现滑移时的压力在0.12MPa到0.15MPa之间，即在120KPa之上，持压性能良好。 封堵能力采用突破压力梯度测试（填砂管填砂）的方法来进行评测。实验得到材料的突破压力梯度为1.2MPa/m。符合施工要求。封堵率测试中，在常规矿化度条件下在120℃到130℃之间达到最好效果，封堵率可达到98.75%；在高矿化度条件下，矿化度在40000mg/L之下时，封堵率基本不受矿化度变化影响，保持在97%之上，封堵能力较强。 采用红外光谱法对所得成品进行表征，证明了耐高温ACP材料的合成过程中的确发生了丙烯酸与淀粉、丙烯酰胺与淀粉的接枝共聚反应。 去除耐高温ACP中的均聚物，得到纯的接枝共聚物，去除淀粉骨架得到接枝链，经计算得出接枝共聚物的接枝率为25.07%，接枝效率为30.30%。 采取加量为0.1%的胶囊氧化破胶剂，在温度为120℃的条件下，可在24小时内，使体系的黏度降至9.8mPa.s，固形物含量降至4.56%；在48小时内，使体系的黏度降至3.4 mPa.s，固形物含量降至0.83%。有较好的破胶效果。 关键词：水平井、环空封隔、耐高温、合成、性能评价 目 录 第1章 绪论 7 1.1 本文研究的目的与意义 7 1.2 论文研究内容 7 1.3 主要成果 8 1.4 本文创新点 9 第2章 水平井堵水技术基础 10 2.1 水平井采用的完井方法 10 2.2 出水分类 11 2.3 水平井堵水方法 13 2.4 环空化学封隔（耐高温ACP）法作用机理 13 第3章 国内外研究现状及发展方向 15 3.1 研究现状 15 3.2封堵材料 15 3.4 环空化学封隔器(ACP)材料的性能要求 18 第4章 耐高温水平井环空化学封隔器的配方研制及反应机理 20 4.1 实验试剂及仪器 20 4.2 骨架材料及接枝单体的选择 20 4.4触变剂的选择与制备 24 4.5交联剂的选择 27 4.6引发剂的选择 28 4.7反应机理 29 4.8 淀粉的糊化 30 4.9 合成流程 31 4.10本章小结 31 第5章 耐高温水平井环空化学封隔器的合成条件优化 33 5.1丙烯酰胺与丙烯酸的配比对材料强度和体系反应速率的影响 33 5.2 接枝单体/淀粉的质量比对材料强度的影响 35 5.3引发剂浓度对成胶时间的影响 36 5.4反应物浓度对于材料强度和体系触变性的影响 36 5.5交联剂浓度对于材料强度的影响 39 5.6触变剂浓度对于材料触变性的影响 39 5.7反应时间对材料体系黏度与产物强度的影响 41 5.8本章小结 43 第6章 表征与性能测试 43 6.1触变性能 43 6.2持压能力 49 6.3封堵能力 50 6.4红外光谱表征 53 6.5产品的接枝率及接枝效率计算 55 6.6环空充填性能（吸水性） 56 6.7降解性能评价 57 6.8本章小结 60 第7章 结论 61 参 考 文 献 63 |
