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耐温耐盐钻井液增粘剂合成研究
耐温耐盐钻井液增粘剂合成研究
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前言
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耐温耐盐钻井液增粘剂合成研讨
前言
聚合物钻井液中，为保证低固相下钻井液具有较高的粘度及良好的流变性，通常需添加增粘剂来提高钻井液粘度。增粘剂均为水溶性高分子化合物，在钻井液中可构成空间网状结构，能明显提高钻井液的粘度。增粘剂除了能起增粘作用外，往往还具有按捺页岩水化和降滤失的作用，因而，使用增粘剂不仅可以改善钻井液的流变性，而且有益于不变井壁。
增粘剂的品种很多，作为降滤失剂和絮凝剂的高分子化合物都具有增粘作用。常用的钻井液增粘剂按化学成分来分主要有：改性纤维素，正电胶，黄原胶，聚丙烯酰胺（PAM）及部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）。
其中，聚丙烯酰胺类绝对分子量高（10-10），水溶性好，可以通过调节分子量，或引进各种基团得到具有特定功能的多种分子。聚丙烯酰胺具有一系列优秀的功能，如絮凝性、增稠性、表面活性、沉降、过滤、增粘、净化等。多年来，作为增粘剂，聚丙烯酰胺主要是通过其分子骨架的水化，水动力学体积增大而对溶液起到增粘作用。但目前使用的高绝对分子质量的聚丙烯酰胺(HPAM)在实际使用中存在许多不足,主要是聚合物的耐温、抗盐能力差,特别是在石油中含有高价金属离子时,易发生相分离,导致水溶液的粘度及驱油效果大幅度降低,不适应于高温、高盐地层。因而需求向其中引入大侧基、带电基团、含磺酸基单体、疏水基单体或用微交联等功能性改性方法提高聚合物耐温、抗盐功能。

1聚丙烯酰胺的概述
聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,简称PAM)是丙烯酰胺(Acrylamide,简称AM)均聚或与其它单体共聚而成的含量在50%以上的线型水溶性高分子化学品的总称PAM具有的特殊的物理化学性质,源于分子结构上的特性。由于结构单元中含有酰胺基,易构成氢键,使其具有良好的水溶性。它易通过接枝或交联得到支链或网状结构的多种改性物。它作为一类重要的絮凝剂、增稠剂、减阻剂、泥浆处理剂、表面活性剂、土壤改良剂、水土保失剂、种子包衣剂、纸力加强剂广泛用于石油开采、水处理、纺织、造纸、选矿、医药、农业等行业,有“百业助剂”之称。
1.1聚丙烯酰胺分类
根据聚丙烯酰胺电荷性质可将其分为非离子型聚丙烯酰胺（PAM）、阴离子型聚丙烯酰胺（HPAM）、阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）和两性聚丙烯酰胺（AmPAM）。这些聚合物可以是均聚物，也能够是共聚物。
1.1.1非离子型聚丙烯酰胺
非离子型聚丙烯酰胺（PAM），普通由丙烯酰胺（AM）共聚或均聚制的。分子式为——
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非离子型聚丙烯酰胺具有极性酰胺基团，酰胺基团含有孤对电子，易于构成氢键，吸附功能好。工业合成时，由于丙烯酰胺聚合成聚丙烯酰胺的反应是一个放热反应，生成的聚丙烯酰胺是反应体系迅速变成胶冻形状，反应热没法散出，反应体系温度升高。因而，聚丙烯酰胺产品实际上是丙烯酰胺与丙烯酸（盐）的共聚物，它具有必然的水解度（小于3%）。主要用于水处理，造纸等领域，在油田作为驱油剂和高温堵水交联体系，使用较少。
1.1.2阴离子型聚丙烯酰胺
阴离子型聚丙烯酰胺，又称部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），普通由聚丙烯
酰胺水溶液在高pH下水解获得。典型分子聚丙烯酰胺概述
聚丙烯酰胺概述
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阴离子型聚丙烯酰胺是我国使用量最大的聚丙烯酰胺，广泛用于水处理，采矿，造纸，纺织，印染等行业。在油田上，阴离子型聚丙烯酰胺主要用于低温（<70℃）低矿化度地层的聚合物驱，化学堵水和作为钻井液调节剂。
1.1.3阳离子型聚丙烯酰胺
阳离子聚丙烯酰胺于50年代中期由美国氰胺公司首先开发成功，在聚丙烯酰胺链上引入阳离子侧基，作为水处理剂和造纸助剂显示出独特的优秀功能，六、七十年代在国外获得了迅速的发展。国外阳离子聚丙烯酰胺主要用于水处理和造纸。国内开发阳离子型聚丙烯酰胺较晚，80年代开发出甲基丙烯酸二甲胺乙酯氯甲烷盐（MAETAC）与丙烯酰胺（AM）
现阶段使用的阳离子型聚丙烯酰胺，主要由丙烯酰胺和阳离子单体（二甲基二烯丙基氯化铵,甲基丙烯酸二甲胺乙酯氯甲烷盐或丙烯酸二甲胺乙酯氯甲烷盐）共聚而成。典型分子式为
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W
W表示阳离子基团。阳离子单体的品种很多，阳离子单体可用以下通用分子结构表示。

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式中，M为阳离子中心原子，可以是N、P、S原子（为S时仅有三个烃基）；R1～R4代表烃基（其中最少一个为不饱和烯烃基或反应性环氧烃基），多数情况下，4个烃基中最少有两个相同，烯烃基碳数在2～40的范围内，最好2～12，其他烃基碳数为0～10，最好1～3。烯烃基主链或支链还可带—OH，—NH2－，—CONH2－,—C6H10－