改性堿木素降粘劑的合成及與蒙脫土相互作用的研究.pdf

1、石油鉆探過(guò)程中，隨著特殊井、超深井和復(fù)雜井?dāng)?shù)量的增多，鉆遇地層日趨復(fù)雜，常由于溫度升高、固相含量增加、鹽侵、鈣侵或處理劑失效等原因，使鉆井液粘度、切力增加，造成流動(dòng)阻力過(guò)大、能耗過(guò)高、卡鉆等問(wèn)題。因此，降粘劑是鉆井過(guò)程中不可缺少的鉆井液處理劑，它對(duì)調(diào)節(jié)鉆井液流變性起著非常重要的作用。堿木素是造紙工業(yè)的副產(chǎn)物，產(chǎn)量大，利用率低，多被焚燒或直接排入江河湖海，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。因堿木素分子結(jié)構(gòu)中含有各種官能團(tuán)，可以對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性

2、來(lái)提高其應(yīng)用性能。堿木素的改性和應(yīng)用具有廢物資源化利用和環(huán)境保護(hù)的雙重意義。
　　 本論文通過(guò)對(duì)工業(yè)堿木素的改性，制備出了環(huán)保型鉆井液降粘劑-磺化木素胺(LSN)。采用膠體化學(xué)方法研究了LSN與蒙脫土間的相互作用，考察了LSN的降粘性能，并基于上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)LSN的降粘機(jī)理進(jìn)行了推斷。
　　 論文的主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　 1.磺化木素胺LSN的合成及表征
　　 通過(guò)先胺化后磺甲基化的方法，以堿法制漿的

3、副產(chǎn)物堿木素為原料，合成出了產(chǎn)物磺化木素胺LSN。即先利用曼尼希反應(yīng)，以甲醛和二乙烯三胺為改性試劑，在堿木素分子中引入胺基，制備出中間體木素胺，之后再進(jìn)行磺甲基化反應(yīng)，合成出改性產(chǎn)物L(fēng)SN。通過(guò)溶解性的變化、紅外光譜和元素分析等手段證明了LSN的分子結(jié)構(gòu)中存在胺基和磺酸基團(tuán)，改性實(shí)驗(yàn)可行;通過(guò)表面張力曲線和起泡性實(shí)驗(yàn)，表征了LSN的基本物化性能;采用稀釋外推法測(cè)定了磺化木素胺的特性粘度，并求得了磺化木素胺的近似分子量，為8.72×104

4、。
　　 2.LSN與蒙脫土相互作用的研究
　　 本論文通過(guò)吸附、zeta電勢(shì)以及流變學(xué)表征手段，研究了LSN與蒙脫土之間的相互作用。LSN在蒙脫土上的吸附為L(zhǎng)型吸附，吸附量隨LSN濃度的增加而增大，蒙脫土顆粒的zeta電勢(shì)絕對(duì)值也相應(yīng)增加，最終達(dá)到平衡。吸附的主要驅(qū)動(dòng)力是LSN中的胺基與蒙脫土上的氧原子和羥基之間的氫鍵作用，以及部分質(zhì)子化的胺基與蒙脫土顆粒的靜電吸引。吸附動(dòng)力學(xué)曲線表明LSN在蒙脫土上的吸附量隨時(shí)間的延

5、長(zhǎng)而增加，在30min以內(nèi)即可達(dá)到吸附平衡;溫度對(duì)飽和吸附量幾乎不產(chǎn)生影響，而pH值對(duì)吸附行為的影響較大，隨著pH值的升高，吸附量減小;加入NaCl和CaCl2均能增加LSN的飽和吸附量。
　　 3.LSN在不同基漿中的降粘性能評(píng)價(jià)
　　 通過(guò)測(cè)定基漿的流變學(xué)參數(shù)對(duì)磺化木素胺LSN的降粘效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明LSN能顯著降低淡水基漿的表觀粘度和動(dòng)切力，并且具有較好的抗高溫，抗鹽污染能力和良好的控制能力。同時(shí)，LSN在未