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数量:17 (1)DOI: 10.37532 / 0972 - 768 x.2019.17 (1) .299

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高吸水性聚合物的性质Chitosan-based pH-Sensitive修改油井水泥

*通信:

Bu Y非常规油气开发的重点实验室,石油工程学院,中国石油大学(华东)青岛,中国,电子邮件: (电子邮件保护)

文摘

可怜的区域隔离由于水泥鞘微裂隙影响油气勘探是一个常见的问题,也影响环境。Chitosan-based高吸水性聚合物(CSAP)合成,用作密封微裂隙自修复剂的水泥鞘。CSAP通过溶液聚合制备。戊二醛(GA)剂量的影响和壳聚糖(CS)浓度CSAP的稳定性进行了研究。决定,GA除了应大于0.15%,CS含量应小于3%。的吸水性能CSAP pH敏感和有pH-sensitive阈值10。的pH敏感性CSAP保证水泥浆的稳定性影响较小,和水泥浆的性能满足固井施工的要求。CSAP修改油井水泥将保证健康、安全和高效的过程中石油和天然气生产。

关键字

油井水泥;壳聚糖;高吸水性聚合物,pH敏感性;自我修复水泥

介绍

胶结材料,作为一种无机胶凝材料,已被证明是一个合适的材料在油田固井工作,由于其易于使用和比较低成本。水泥鞘是非常重要的对油井的正常生产,包括固井套管的钻孔功能,防止套管腐蚀,形成之间的隔离液体和气体。因此,水泥鞘的完整性应保持在油井的生产生活。然而,水泥石的抗拉强度很低,而抗压强度。很容易在水泥鞘在内部形成微裂隙压力和外部负载。因此,液体和气体通道通过微裂隙可以引起环空压力、层间横向气流,套管腐蚀等等。所有这些问题严重影响了安全、环境和生产。通常的措施阻止通灵是挤水泥,这是昂贵的,总是不能阻止,因为的困难来确定裂纹的位置。看来,修复这些微裂隙变得不可能。

近几十年来,自我修复的概念水泥已经通过大量的科学研究,已经取得了很多成就1- - - - - -5]。高吸水性树脂聚合物可以吸收和保留大量的水,增加他们的体积6]。他们应用在各个领域,如医疗保健(7),农业(8- - - - - -10),和食品工业11),等等。近年来,他们往往被用作内部自修复剂在水泥基材料固化(12- - - - - -14)和微裂纹愈合。当微裂隙形成水泥鞘内,高吸水性树脂聚合物在裂纹表面可以吸收水分,流经微裂隙和将会膨胀,防止流体通道。摘要chitosan-based高吸水性聚合物(CSAP)合成。首先,GA用量的影响和CS浓度CSAP的稳定性进行了研究。CSAP的pH敏感性调查测试吸水率在不同pH值的解决方案。此外,CSAP修改油井水泥的性能进行评估,看看他们是否满足固井要求。

材料和方法

材料

壳聚糖(CS)购买山东莱州海丽生物制品有限公司有限公司戊二醛(25%)、乙酸(99.5%)、乙醇(99.8%)、氢氧化钠(96%)从国药控股购买化学试剂有限公司,有限公司,上海,中国。在整个实验中使用蒸馏水。

制备高吸水性聚合物chitosan-based (CSAP)

醋酸和蒸馏水加入250毫升瓶,和重CS添加部分。解决方案是搅拌,直到CS完全溶解。随后,GA的解决方案(0.25%)被添加到瓶中。在室温下搅拌1小时后,解决方案是在70°C干24小时获得CSAP。

吸水性能

用来测试温度CSAP的吸水率设置为75°C。测试过程如下:800 -网格尼龙网兜prewetted与测试液体(蒸馏水或其他解决方案)。称量样品(约0.1克)被放置进袋子里。袋子和样本一起称重,然后沉浸在测试液体在75°C。24小时后,包被暂停,直到滴停止滴。然后,再次袋子和样本。CSAP由的吸水率

在哪里问代表CSAP的吸水率(g / g),米₁代表干CSAP样品的重量(克),米₂是尼龙袋子的重量和干燥CSAP样品(g),和米₃是尼龙袋子的重量和CSAP样品饱和与测试液体(g)。

pH值的敏感性CSAP阐明通过比较他们的吸水率在不同pH值的解决方案(pH值被设置为7 - 13),这是由蒸馏水和氢氧化钠。水泥浆滤液通过静态滤失试验和准备也用来测试吸水率。

CSAP改性水泥砂浆的性质

水泥浆的配方所示表1。基本的水灰比(W / C)将基于标准ISO 10426 - 1:2009 0.44。混合流程、稠化时间测试流体损失测试,水泥砂浆的抗压强度测试/石头都根据标准ISO 10426 - 2:2003进行。

表1:混合比例的水泥浆。

结果与讨论

GA加法和CS浓度对吸水率的影响CSAP的稳定

图1显示了CSAPs的吸水率。CS溶液的浓度是1%,分别为2%和3%。GA增加0.025%、0.075%,分别为0.15%和0.25%的CS。当GA增加0.025%、0.075%和0.15%,CSAPs逐渐减少的吸水率随着时间的推移,表明的吸水性能CSAPs GA除了低时是不稳定的。GA加成是0.25%时,CSAPs的吸水率由1%和2% CS溶液随时间逐渐增加。然而,CSAPs的吸水率由3% CS溶液随时间而减小。这种差异表明CSAPs的吸水性能是稳定的,当CS浓度很低,吸水性能的CSAPs CS浓度高时是不稳定的。从上面的实验结果可以看出,GA加法和CS浓度的主要影响因素是吸水CSAPs稳定。CS浓度很低时,CS分子链伸展在醋酸溶液中,所以他们被GA充分交联。CS的浓度增加时,CS分子链的伸展是有限的。 They were in a collapse state in solution, limiting the cross-linking effect of GA. The high concentration caused a partial uncross linking of the CSAP. During the water absorption performance test, a part of the CS molecular chains was dissolved in the solution, so that the water absorbing rates of the CSAP decreased with time.

从上面的实验结果可以看出,GA加法和CS浓度的主要影响因素是吸水CSAPs稳定。CS浓度很低时,CS分子链伸展在醋酸溶液中,所以他们被GA充分交联。CS的浓度增加时,CS分子链的伸展是有限的。他们处于崩溃状态的解决方案,限制了GA的交联效果。高浓度引起了部分CSAP使不交叉链接的。吸水性能测试期间,CS分子链的一部分溶解在解决方案,以便CSAP的吸水率随时间减少。同样,GA浓度很低时,CS分子链交联并不好,和一些CS分子链也在水中溶解吸收性能测试,导致吸水率CSAP随时间减少。因此,为了准备一个稳定CSAP, GA除了应大于0.15%,CS含量应小于3%。

pH值的敏感性CSAP

为CSAP准备GA添加0.25%和CS浓度为1%时,吸水率进行了测试在不同pH值的解决方案。图2显示了结果。当溶液的pH值是7 - 10,CSAP的吸水率保持不变,为13.5 g / g。当溶液的pH值大于10,CSAP开始的吸水率显著降低。吸水率达到最小值,1.87 g / g,当溶液的pH值是12 - 13。结果表明,CASP pH-sensitive,吸收更多的水在中性和弱碱性溶液和更少的水在强碱性溶液。的原因CSAP pH-sensitive是由氨基酸组(nh决定₂CSAP)。中性或弱碱性水溶液时,北半球₂组织电离成nh₃⁺。由于带电分子片段的排斥性,分子片段是互斥的,吸收更多的水。强碱性水溶液时,北半球₂组织没有电离。分子链收缩大大减少吸收的水量CSAP。因此,它可以实现更少的水吸收水泥浆和更多的水在地层水吸收。

吸水性能在水泥浆滤液(CSF)

CSF的pH值测量是12.6。CSAP的吸水率进行了测试在氢氧化钠溶液(pH = 12.6)和脑脊液。结果分别为1.87和1.56 g / g。在同一pH值,吸水率的CSAP CSF小于在氢氧化钠溶液。这是因为CSF有钙离子,进一步减少了nh的电离₂集团的解决方案,减少拉伸CS分子溶液中,从而降低了吸水率。

CSAP对油井水泥浆的稠化性能

CSAP的影响水泥浆增稠性能的研究,通过比较不同CSAP除了获得的增稠曲线。所示的结果图3所示。可以看出,最初的一致性提高水泥浆的增加CSAP加法。附加的CSAP总稠化时间的影响不大。曲线显示明显的直角稠化性能。增稠性能满足固井要求。

CSAP对油井水泥浆的失水性能

图4显示了CSAP修改油井水泥浆的失水。附加的CSAP降低水泥浆的失水。CSAP数额越大,越低水的损失。这主要是因为增加了CSAP吸收少量的水泥浆水,和水泥浆的粘度略增加,从而降低水泥浆的失水。水泥浆的失水增加CSAP满足固井要求。

CSAP对硬化油井水泥的抗压强度

图5显示的结果CSAP修改硬油井水泥的抗压强度。添加CSAP水泥硬化水泥的抗压强度降低。CSAP越大,硬化水泥的抗压强度越低。这是因为CSAP non-gelling材料,不水泥凝固过程中参与反应。CSAP的强度远低于水泥硬化,使硬化水泥的抗压强度很低。然而,抗压强度降低仍然符合API标准的要求rp - 10 b - 2013。

结论

摘要CSAP成功准备。GA加法和CS的浓度是影响CSAP的吸水稳定性的主要因素。为了准备一个稳定CSAP, GA除了应大于0.15%,CS含量应小于3%。pH-sensitive CSAP的吸水性能。pH值是7 - 10时,吸水率持平在13.5 g / g;当pH值大于10,吸水率开始下降;当pH值大于12。吸水率达到最大值约为1.87 g / g。在同一pH值,吸水率的CSAP CSF小于在氢氧化钠溶液。

CSAP增稠性能的影响以及水泥浆失水性能和硬化水泥的抗压强度进行了测试。添加CSAP增加水泥浆初始一致性,稠化时间的影响很小,减少水损失和减少硬化水泥的抗压强度。添加CSAP小于5%时,水泥砂浆的性质满足固井要求。

确认

这一研究工作是由中国国家基础研究计划(973计划)(2015 cb251202)和长江学者和创新研究团队项目在大学(NO.IRT_14R58)。

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