小粒径聚合物暂堵剂.doc

毕业设计（论文）小粒径聚合物暂堵剂学 生 姓 名 王湉 学 号 08080709 专 业 班 级 高分子材料科学与工程 指 导 教 师 张定军 副教授 提 交 日 期 材料科学与工程学院兰州理工大学本科毕业论文摘 要蒙脱土与聚丙烯酰胺形成纳米复合体系的研究引起了人们的极大关注PAM 类聚合物/黏土纳米复合材料是把纳米尺寸的黏土片层分散在 PAM 聚合物基体中形成的复合材料它吸水能力大,保水性好,凝胶强度高,不仅具有纳米材料的表面效应、量子尺寸效应等性质,而且将黏土的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与PAM 聚合物的韧性、加工性及介电性能揉合在一起,从而明显改善了 PAM 类高分子材料的物理机械性能、热稳定性、气体阻隔性和光学等性能, 提高了耐温、抗剪切、抗污染等综合性能,能更好地应用于石油钻采等领域关于采用聚丙烯酰胺类聚合物/蒙脱土纳米复合材料制备暂堵剂,本文采用原位插层聚合法制备了聚丙烯酰胺/蒙脱土纳米复合材料类暂堵剂，并对制备工艺条件进行了优化。

着重探讨了单体配比、中和度、蒙脱土含量、引发剂量、溶剂量等对复合材料溶解性能的影响关键词：丙烯酰胺，丙烯酸，蒙脱土，复合材料，水溶性高分子兰州理工大学本科毕业论文ABSTRACTMontmorillonite nanocomposites has aroused great concern to the formation of polyacrylamide. The PAM polymer / clay nanocomposites is the nano-size clay layers dispersed in the PAM polymer matrix composites. It absorbent capacity, water retention, gel strength, not only has the surface effect of nano-materials, the nature of the quantum size effect, etc. and the rigidity of the clay, dimensional stability and thermal stability of PAM polymer toughness, workability and dielectric properties of blend together, which significantly improved the physical and mechanical properties of the PAM class of polymer materials, thermal stability, gas barrier and optical properties, improved heat resistance, shear, anti-pollution and other performance can be better used in oil drilling and other fields. Temporary blocking agent, on the use of polyacrylamide polymer / montmorillonite nano-composites using in situ intercalative polymerization preparation of PAM / MMT nanocomposites class temporary blocking agent, and the preparation conditions were optimized. Focused on the influence of the monomer ratio, and the degree of MMT content, initiator, solvent volume on the solubility of the composite.KEYWORDS:acrylamide,acrylicacid,montmorillonite,composites,water-soluble polymer兰州理工大学本科毕业论文第一章 文献综述随着油价高涨，油源资源的日益紧张，人们把开采的目光逐渐转向低渗透油井，各国油田经过注水开发后，单井含水量逐渐上升，有时候可以达到98%，但经过注水后，又能采出 30%左右的原油，说明地下仍有大量尚未流动的原油或运动度低的油层存在，为了提高产量，采用各种方法对油井进行处理。

随着注水油田不断长期开发，进入开发中后期阶段以后，出现油田综合含水上升，油田开采效益逐年变差特别是对于高孔高渗非均质砂岩油藏，由于油层的非均质性和油水粘度比的不同，随着油水界面的前进，注入水、边水等沿高渗透层不均匀前进，横向上形成注水指进，导致主力高渗透层内部开采矛盾加剧；纵向上由于层间差异，形行单层突进，油田进入开发中后期后，普遍存在油藏开采层间矛盾加剧，相当一部分主力油层已完全水淹，而含油饱和度较高的相对低渗透油层仍不到动用，从而导致油田开发难度加大、综合含水迅速上升 [1]长庆油田所属油井地层属于低渗透油藏，为了提高采收率，绝大多数油井都进行过压裂改造，随着油田开采的不断深入，高产稳产的难度越来越大，随着油井开发年限和措施次数的增加，老井原有人工裂缝的生产潜能越来越小，单一的加大规模等重复压裂技术已不能满足油田开发增产稳油的发展需要因此，为了提高油井产量，我们必须做一下两个方面的工作：一、针对性的选择有开发前景的油井进行二次或多次压裂改造以提高油井的产量；二、由于我们在注水开发过程中，注入水总是沿着老裂缝方向水窜，导致大部分进行过压裂改造过的老井含水率不断上升针对这部分老井，如果还是采用常规的重复压裂方法进行延伸老裂缝，难以达到提高采收率的目的。

通过现场试验表明：在压裂施工前加入暂堵剂后，封堵老裂缝，压开新缝，部分油井经过暂堵剂施工后，产油量大幅提高暂堵剂是老井增产的有效方法之一而油溶性暂堵剂具有优良的油溶性，能够随着原油的采出而带出地层，故对底层伤害比较小，故近年来受到研究者的广泛关注因此开发研究新型的低伤害的暂堵剂成为重点研究方向之一常规的采油工艺只能采出一个油藏中原始储量的三分之一，剩余的三分之兰州理工大学本科毕业论文二成为提高石油采收率（EOR）研究的目标，EOR 工艺中的一个主要问题是在一个注水开发“完全水淹”的油藏中如何推动渗透层带中的那些残余油，Meehan等 [2]曾指出：使用对高渗透带进行选择性的封堵和把开发目的导向低渗透层的办法可以增加采油量在石油开发过程中，从钻开油气层到完井、固井、酸化、压裂等环节，由于地层具有非均质性，处理液会对对油气层造成较大伤害或污染低渗透高温油藏和深井油藏储量广泛，是我国油田的主要特征对这类油田来说油气层保护工作，在其开发中起着举足轻重的作用目前在我国油气层保护受到普遍重视，针对开采过程中油层受到的伤害普遍采用以下一些方式来保护油田 [3]：①提高入井液体与地层液体的配伍性；②使用低固相或无固相入井液体；③采用暂堵技术等，减少工作液体的泄露，保护油气层。

暂堵剂形成的凝胶具有很强的封堵能力，使其他液体不能进入地层，达到暂堵的目的当作业完成时，凝胶破胶化，自动解堵，使油井恢复生产暂堵剂同时具有封堵和解堵性能，近年来受到人们的广泛关注，成为重点研究方向之一研制一种适合的暂堵剂对油田的采收率有着重要的意义，而环保型可降解堵剂既可以满足工程方面的暂时封堵，又不会对环境造成污染，在一定条件下可控降解，在国内外这种暂堵剂鲜有报道1.1 暂堵剂的研究概况暂堵剂是一种暂时具有封堵作用的化学剂，它进人地层后，在地层条件下经一段时间后变为具有一定封堵能力的凝胶，该凝胶能有效封堵中低渗透层，但强度不太高，不能对高渗透层形成有效封堵、暂堵剂在一定时间范围内又能自行破胶液化，使中低渗透层的渗透率得到有效恢复重复压裂是指对那些已经采用过一次及以上压裂措施的油井层再实施压裂改造重复压裂技术是改造老井恢复生产的有效措施之一裂缝暂堵转向重复压裂技术原理 [4]是：应用化学暂堵控制剂使流体在地层中发生转向该剂为黏弹性的固体小颗粒, 遵循流体向阻力最小方向流动的原则, 转向剂颗粒进入井筒的炮眼, 部分进入地层中的裂缝或高渗透层, 在炮眼处和高渗透带产生滤饼桥堵, 形成高于裂缝破裂压力的压差值, 使后续工作液不能向裂缝和高渗透带进入, 从而使压裂液进入高应力区或新裂缝层, 促使新缝的产生和支撑剂的铺兰州理工大学本科毕业论文置变化。

产生桥堵的转向剂在施工完成后溶于地层水或压裂液, 不对地层产生污染国内外对暂堵剂的研究也有几十年的历史暂堵剂的发展开始于1936年哈里博顿（Halliburton）暂堵剂专利的出版，这种暂堵剂是脂肪酸盐和氯化钙反应的沉淀物 [5]早期多使用水泥堵水和封隔器卡水，随着化学堵水技术的发展，各国都在进一步研究各种暂堵剂如美国Halliburton公司研制的WOR-CON选择性暂堵剂在岩心实验中其堵水率为高于95%，而堵油率仅为5%几十年代来各国研究过的化学堵水剂高达数百种，没有一种能够解决所有情况的堵水问题1.2暂堵剂研究的国内外现状20 世纪 50 年代就开始研究与应用调剖堵水技术，至今也有六十多年的历史开始时使用油基水泥、石灰乳、树脂、活性稠油等，20 世纪 60 年代研究和应用了水玻璃+氯化钙、乳化石蜡、乳化沥青、四氯化硅等，70 年代发展了以聚丙酰胺为主体的化学调破技术，并开展了注水井调整破面及堵塞孔道的研究工作1962 年，伴随着聚合技术的发展出现了聚合物型暂堵剂，由于这种暂堵剂具有柔软、易变形和易分解的，从而得到了推广应用20 世纪 80 年代，以细目 CaCO3、油溶性树脂为代表的保护油田层暂堵剂已广泛应用于钻开储层的钻井液、完井液中，同是暂堵机理的研究也是得到了不断地发展。

近年来，人们又提出了用碱溶性微米级的超细纤维素取代超细 CaCO3，并将其作为钻遇到储层时钻井液的暂堵剂和虑失控制剂在堵水和调剖过程中，采用的暂堵剂主要分为两种，一种是采用聚合物为主剂，有机物为交联剂，加入破胶剂通过控制组分的加入量，使成胶时间和破胶时间保持在一定的范围内，在注入堵剂过程中暂堵剂不破胶，注完堵剂后一段时间内自动破胶，从而起到保护低渗透层的目的另一种是采用油溶性树脂为主剂，通过添加悬浮剂（一般采用高分子聚合物溶液）形成悬浮颗粒体系，利用一定的粒径与孔隙直径的比值是暂堵剂在低渗透层形成有效地堵塞，使后续注入的堵剂进入高渗透层，关井一段时间后投入生产，进入低渗透层的油溶性树脂在产出油的作用下逐渐溶解，从而恢复低渗透层的渗透率国内外常用堵剂材料分为以下几大类 [3,6]：(1)桥接堵漏材料（包括颗粒状、兰州理工大学本科毕业论文纤维状和片状材料等；(2)高滤失堵漏材料（如 Diacel、Z-DTR、DTR、DCM 堵漏剂等） ；(3)暂堵剂材料（如单向压力封闭剂、沥青类防漏、酸溶性暂堵剂、酸溶性固化材料、超细碳酸钙等） ；(4)化学堵漏材料（如 PMN 化学凝胶暂堵漏剂、SYZ 膨胀性堵漏材料、化学膨体堵漏材料、聚丙烯酰胺堵剂、水解聚丙烯腈堵剂、硬葡聚糖、木质素磺酸盐、产碱杆菌生物高分子、甲基丙烯酸与甲基丙烯酰胺共聚物水泥稠浆、树脂堵剂、吸水或吸烃类聚合物堵剂、胶乳堵剂等） ；(5)无机胶凝堵漏剂（包括水泥浆、胶质水泥、石膏水泥浆、纤维水泥浆、触变水泥浆等） 。

我国暂堵剂技术发展开始于上世纪八十年代，许多方法沿用了传统的堵水技术 [7]随着七、八十年代化学堵水技术的发展，暂堵。