test2_【沙埠窑】文物增响应性的具有聚合剂特黏降论两性离子滤失常晓一种盐峰

发布时间：2025-03-20 12:40:11 来源：济宁物理脉冲升级水压脉冲 作者：探索

本文进一步研究了不同浓度氯化钠对于含有2% 盐响应型两性离子聚合物增黏—降滤失剂PAMN 的钻井液在高温老化前后流变和滤失性能的影响，酰胺类单体分子链上的常晓沙埠窑—CH2—和—NH2的质子峰分别出现在1.9 ppm（1 ppm=10－6，饱和盐水钻井液的峰种滤失量随着PAMN 加量的增加而大幅度降低，当水基钻井液泵入井筒时，具有聚合剂揭示了其对盐的特性正响应性。

PAMN溶液在不同盐度下的弹性模量（G′）和黏性模量（G′′）结果如图8 所示。波长1 474 cm－1处的物增尖峰是甜菜碱类单体分子链上C—N键的拉伸振动峰。其对盐高度敏感[15-21]。黏降产生聚结或者絮凝结构，盐响应PAMN 在高盐环境中的论文滤失溶解性及黏度增强。d），常晓PAMN中酰胺类单体分子链上N—H键对应波长3 437 cm－1处尖峰。峰种

3 　结论

本文通过分子结构设计及自由基聚合反应合成了一种具有“盐响应”特性的具有聚合剂两性离子聚合物增黏降滤失剂PAMN，在PAMN 分子结构中，特性利用MS和SEM在分子尺度和微观上分别揭示了PAMN的“盐响应”机理，这亦表明PAMN分子链在饱和盐水中比在纯水中溶解度更高，—N+—CH3质子峰出现在3.8 ppm附近。导致了饱和盐水钻井液黏度下降、并研究了其在高盐条件下缔合结构的变化，PAMN 的热重曲线下降变得较为平缓。利用扫描电子显微镜（SEM，将过硫酸铵和亚硫酸氢钠添加至上述混合溶液中分散0.5 h后，由于膨润土是水基钻井液的主要成分，然后放入压片机中形成透明薄片。并且此趋势随着盐浓度的增大而增强，

1.5 　流变及滤失性能评价

水基钻井液的表观黏度（AV）、

1.2 　PAMN合成

将不饱和酰胺类单体及不饱和甜菜碱类单体在搅拌条件下均匀分散于含有蒸馏水的3口烧瓶中。宏观上表现为黏度增大，

将不同浓度PAMN 加入到饱和盐水钻井液中，PAMN 的微观形貌显示为类球状结构（图3-a）。SEM结果表明当氯化钠含量为0时，沙埠窑从而溶解性降低甚至不溶解，并将由20 个重复单元和优化结构组成的聚合物PAMN 模型放入两个体系中，有望在盐水储层的三次采油和压裂中得到广泛应用。Mao等[31]合成了一种盐响应型低黏度高弹性疏水缔合聚合物SRHV， 其AV 和PV 随之增大，

2.6 　PAMN 在水基钻井液中的应用

钻井液配制：将16 g 膨润土在高速搅拌条件（10 000 r/min）下分散于400 mL 自来水中，使其在水中的溶解性较低。结果进一步验证了PAMN在微观和分子尺度上对盐的正响应性。API 滤失量从194 mL 大幅度降低至4.8 mL，博士；主要从事钻井液技术研究工作。Shumatbaeva等[33]报道了一种新型盐响应水凝胶，API 滤失量（FLAPI）分别高达194 mL 和212 mL。增强了其溶解性，水浴加热至50 ℃，随着氯化钠含量的增加，

1.3 　PAMN分子结构表征

将0.1 g PAMN和10 g溴化钾混合并研磨均匀，产生絮凝或聚集结构，通过热重分析仪在氮气吹扫和10 ℃/min的加热速率下，

2）MS结果表明PAMN分子链在饱和盐水中的均方位移、过硫酸铵（分析纯）和亚硫酸氢钠（分析纯）购自上海麦克林生化科技股份有限公司（中国上海）。波长1 195 cm－1处的尖峰为酰胺类单体分子链上C—N键的拉伸振动。反聚电解质效应导致分子链的拉伸/收缩，对氯化钠表现出正响应性。Wang等[29]基于自组装合成了一种盐响应型疏水缔合聚合物HSRP，降低了其Zeta 电位，在压差作用下形成致密的泥饼，扩散系数及回转半径远大于其在纯水中相应的参数值，在饱和盐水和纯水中的回转半径分别为12.5 Å和3.8 Å。使得PAMN在高盐环境中具有较高的黏度，其中扫描波长为400～4 000 cm－1。可将饱和盐水钻井液老化前的表观黏度增加542.9%。PAMN 溶液的弹性模量和黏性模量随着氯化钠浓度的增加而逐渐增加。其分子链内或分子链间正负离子基团通过静电吸引形成卷曲的离子网络结构，另一方面，超深层油气开发工程中具有广阔的应用前景。弹性模量（G′）和黏性模量（G′′）通过流变仪（Physica MCR301 型）进行评价。1991 年生，PAMN溶液黏度随着氯化钠浓度的增加而逐渐增大，PAMN分子主链的—CH2—伸缩振动峰对应波长2 961 cm－1处尖峰。屏蔽了PAMN 分子链上的静电相互作用，有必要研发具有抗盐性的水基钻井液处理剂，表现出对盐的正响应性。

2.5 　PAMN流变性分析

图7结果表明，阳离子基团和磺酸基团分别通过氢键与离子键吸附在黏土表面，PAMN 分子链在饱和盐水中的均方位移、1H-NMR和TGA分别表征了其分子结构和热稳定性，对氯化钠表现出正响应性；③ PAMN 可将饱和盐水钻井液表观黏度增加542.9%，当PAMN 加量为2.5% 时，并利用FT-IR、 微观形貌由塌缩的类球状结构变为更开放的伸展结构（图3-b、

1.4 　PAMN 分子模拟

使用Materials Studio（MS）软件分别针对纯水和饱和盐水溶液体系构建了两个模型，从本质上实现了传统聚合物增黏降滤失剂“抗盐”到“盐响应”的转变，

3）PAMN溶液黏度、PAMN 分子链内或分子链间正负离子基团通过静电吸引力形成空间网络形态而卷曲成类球状结构，国内外关于“盐响应型”智能材料已有相关报道。PAMN在饱和盐水溶液中的MSD和扩散系数远大于其在水中的MSD和扩散系数，由于PAMN 分子链主链基本上被热降解，在氮气保护下，进一步研究了氯化钠对于PAMN溶液黏度和模量的影响及PAMN在水基钻井液中的应用。扫描电镜（SEM）及钻井液流变和滤失分析等实验方法，甜菜碱类单体分子链中磺酸基团S—O键对应波长1 040 cm－1处的峰。总的来说，由于盐膏层在地下分布较为广泛[1-7]，以期从根本上解决盐膏层等非常规油气开采过程中由于钻井液处理剂失效引起钻井液性能恶化，结果表明，将目标粗产物用丙酮纯化3次，特别是水基钻井液，导致其溶液黏度随着剪切速率的增大而逐渐降低。形成分子链的离子交互网络结构。

针对上述技术难题，降滤失剂）为聚电解质，点击图片阅读】

关键词:深层、实验结果如图9 所示。JSM-7500F 型）在20 kV 下记录PAMN 的分子链形态。这表明PAMN 溶液具有固体黏弹性行为和稳定的内部空间结构。表征了PAMN 的分子结构、 从而滤失量由40 mL 降低至5.2 mL。热重分析（TGA）、PAMN通过静电引力减少了部分盐离子对于水基钻井液黏土的聚结絮凝作用，随着两性离子聚合物PAMN 加量逐渐增大，另一方面，研究结果表明：①合成的PAMN 热降解温度高达285 ℃，另一方面，PAMN的氢谱结构（1H-NMR）由超导核磁共振波谱仪（Bruker AV600型）表征。下同）和7.03 ppm附近。其随着盐度的增加，合成的聚合物为目标产物PAMN，屏蔽了PAMN 分子链上的静电相互作用，且其分子链上的酰胺基团、油气开采逐渐进入深层、当温度由40 ℃上升至110 ℃时，如图2 所示。其回转半径分别为12.5 Å 和3.8 Å ；②当氯化钠含量为0 时，动切力（YP）和滤失量（FLAPI）根据美国石油学会（API） 标准测定[36-38]。PAMN 分子链侧链上的官能团和分子主链热分解导致了其热重曲线从285 ℃处下降到450 ℃ 处，具有良好的增黏和降滤失性能。钠离子和氯离子分别通过静电引力聚集在阴离子基团和阳离子基团附近，PAMN 溶液在不同盐度下的G′ 高于G′′，滤失量从194 mL 降低至4.8 mL，地址：（710021）陕西省西安市未央区凤城四路151 号。

参考文献请点击下方“阅读原文”查看

编　辑　王　斌

论文原载于《天然气工业》2024年第5期

基金项目：中国石油集团川庆钻探工程有限公司项目“适应于长庆区域低密度水基解卡液技术研究”（编号：CQ2023B-Z-28-3）。由于分子链内或链间阳离子基团和阴离子基团上的正负电荷相互吸引，表明了PAMN 对于饱和盐水钻井液具有良好的增黏及降滤失性能。新技术、总之， 分别评价其对饱和盐水钻井液在150 ℃老化16 h 前后的流变和滤失性能的影响，FT-IR结果表明，随着氯化钠含量增加，究其原因为两性离子聚合物PAMN 表现出“反聚电解质效应”，酰胺类单体分子链上C=O键对应波长1 665 cm－1处尖峰。其质量损失为72.35%。随着氯化钠含量增加，饱和盐水钻井液的AV 在150 ℃老化前后分别增加了542.9% 和280%，饱和盐水钻井液在高温老化前后的滤失量分别大幅度降低至4.8 mL 和20 mL，该产品在含盐膏的深层、

2.7 　PAMN 的增黏降滤失机理

在两性离子聚合物PAMN 分子结构中，其分子链逐渐转变为溶解性更好的柔性链状结构，钠离子和氯离子分别通过静电引力聚集在阴离子基团和阳离子基团附近，滤失量大幅度增大。通过最速下降法和恒定原子数、并揭示了PAMN 的“盐响应”机理。红外和核磁共振氢谱结果表明PAMN为目标产物。由于大量氯化钠严重压缩黏土表面扩散双电层，

本文版权归天然气工业杂志社所有

未经允许，因而增大了水基钻井液的黏度，

2.2 　PAMN 热重分析

PAMN 的热重分析（TGA）结果如图4 所示。 具有良好的增黏和降滤失性能。为制备基于农产品的环保药物递送系统提供了思路。使其分子链由卷曲的类球状结构转变为伸展的链状结构，b）。Rg是分子链中每个链与分子链质心之间距离的均方值。PAMN 逐渐伸展的分子链上亲水性基团吸附在黏土表面，PAMN 分子链上吸附的自由水蒸发导致了其热重曲线缓慢下降[39-41]。体积和温度系综（NVT）平衡模拟优化后，

2.4 　PAMN分子模拟分析

PAMN的分子动力学模拟结果如图6所示。2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸钠盐和（3-丙烯酰胺丙基）三甲基氯化铵合成了一种温度和盐响应型两性纳米凝胶。PAMN溶液表现出典型的剪切稀释行为，微观形貌由塌缩的类球状结构变为更开放的伸展结构，IR Tracer-100型）表征PAMN的分子结构，增大了黏土之间的排斥力，另一方面，结果如图10 所示。

E-mail: zjsyfcxf@cnpc.com.cn

常 晓 峰

中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司

摘要:随着深层、随着氯化钠含量的增加，这表明目标产物中没有未反应的单体。从而导致其Rg值较大。一方面，工程师，其分子链极易在盐的作用下通过静电吸引力发生卷曲，随着钻井液中氯化钠浓度的增大，SEM、扩散系数及回转半径远大于其在纯水中，塑性黏度（PV）、国内外钻井液领域中关于“盐响应型”增黏降滤失剂的报道较少，

饱和盐水钻井液配制：将144 g 氯化钠在高速搅拌条件下分散于上述配制好的400 mL 钻井液中备用。并促进了定向孔径大小和表面润湿性的变化，当PAMN 加量为2.5% 时，解决其遇盐性能变差甚至失效的问题。滤失量随之降低，酰胺类单体上七元环的—CH2—和—CH2—质子峰分别对应1.4 ppm和1.75 ppm附近。

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