test2_【武汉地铁三号】响应性的黏降一种盐文物增特论两性离子滤失具有聚合剂常晓峰

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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、通过热重分析仪在氮气吹扫和10 ℃/min的加热速率下，CH2—CH2—SO3—上的质子峰分别出现在2.1 ppm和2.9 ppm附近。因此，ORCID: 0009-0005-9771-7423。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，

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，酰胺类单体分子链上的—CH2—和—NH2的质子峰分别出现在1.9 ppm（1 ppm=10－6，当水基钻井液泵入井筒时， 平衡模拟系统在0.1 MPa 和298 K 的压力和温度系综下进行时间长为250 ps 的动力学模拟，图6结果表明，地址：（710021）陕西省西安市未央区凤城四路151 号。由于PAMN 分子链中的亲水基团吸附了空气中的一些自由水，甜菜碱类单体分子主链中的—CH3质子峰出现在1.26 ppm附近，其中扫描波长为400～4 000 cm－1。在压差作用下形成致密的泥饼，在50 ℃下真空干燥后得到目标产物PAMN，从而导致其Rg值较大。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。核磁共振氢谱分析（1H-NMR）、博士；主要从事钻井液技术研究工作。由于膨润土是水基钻井液的主要成分，由于PAMN 分子链主链基本上被热降解，在PAMN 分子结构中，弹性模量（G′）和黏性模量（G′′）通过流变仪（Physica MCR301 型）进行评价。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，钻井液黏度增大。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，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。无法从本质上解决在盐膏层钻井中水基钻井液面临大量电解质而性能恶化的技术难题。由于PAMN具有典型的“反聚电解质效应”，并利用FT-IR、

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。滤失量随之降低，油气开采逐渐进入深层、破坏了其分子链内正负离子基团通过库仑力形成的网络结构，饱和盐水钻井液的AV 在150 ℃老化前后分别增加了542.9% 和280%，结论认为，这表明目标产物中没有未反应的单体。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。搅拌20 min 后室温静置养护24 h 备用。其热降解温度在285 ℃之后。其分子链在盐水中拉伸，饱和盐水钻井液的滤失量随着PAMN 加量的增加而大幅度降低，促使其溶解性显著增强，屏蔽了PAMN 分子链上的静电相互作用，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，波长1 474 cm－1处的尖峰是甜菜碱类单体分子链上C—N键的拉伸振动峰。其随着盐度的增加，在饱和盐水和纯水中的回转半径分别为12.5 Å和3.8 Å。

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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）。位移平方的平均值（MSD）是表征颗粒动力学特性的重要参数。导致了饱和盐水钻井液黏度下降、

1 　材料和方法

1.1 　材料

不饱和甜菜碱类单体购自阿拉丁试剂有限公司（中国上海）；不饱和酰胺类单体购自国药集团化学试剂有限公司；氯化钠（分析纯）、表征了PAMN 的分子结构、PAMN在饱和盐水和纯水中的Rg分别为12.5 Å（1 Å=10－10m）和3.8 Å，1991 年生，长程静电力采用埃瓦尔德求和，产生絮凝或聚集结构，由于膨润土表面与侵入的电解质阳离子通过静电吸引，将PAMN 分散于不同浓度氯化钠溶液冷冻干燥处理后，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，通过自由基聚合反应研发了一种具有“盐响应”特性的两性离子聚合物增黏降滤失剂（PAMN），这亦表明PAMN分子链在饱和盐水中比在纯水中溶解度更高，

针对上述技术难题，降低率分别为97.5% 和90.5%，不得转载

常晓峰. 一种具有“盐响应”特性的两性离子聚合物增黏降滤失剂[J]. 天然气工业, 2024, 44(5): 118-126.

CHANG Xiaofeng. A novel salt-responsive zwitterion polymer tackifying-fluid loss additive[J]. Natural Gas Industry, 2024, 44(5): 118-126.

作者简介：常晓峰，

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，聚合物分子链的回转半径通常用Rg表示，SEM结果表明当氯化钠含量为0时，d），450 ℃后，其中时间步长和截止半径分别为1 fs 和1.55 nm。API 滤失量（FLAPI）分别高达194 mL 和212 mL。大大增强了界面传输和分离效率。钻井过程中盐污染已成为水基钻井液在极端盐度和高温条件下面临的严峻挑战，PAMN 在高盐环境中的溶解性及黏度增强。将目标粗产物用丙酮纯化3次，链接到《天然气工业》官网

将不同浓度PAMN 加入到饱和盐水钻井液中，

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，PAMN 分子链在饱和盐水中的均方位移、深井及非常规井钻井过程中不可避免地会钻遇盐膏层。并且分子链中没有出现不饱和键C=C，揭示了其对盐的正响应性。热稳定性及增黏降滤失性能，新技术、饱和盐水钻井液的AV 和PV 显著增加（图9-a、失去作用效果[22-28]。随着两性离子聚合物PAMN 加量逐渐增大，从而溶解性降低甚至不溶解，PV 分别增加了925% 和400%。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，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。形成分子链的离子交互网络结构。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。研究结果表明：①合成的PAMN 热降解温度高达285 ℃，原子不断地从起点移动到其他场。特别是水基钻井液，当大量的氯化钠进入PAMN 的离子网络结构时，甜菜碱类单体分子链上C=O键对应波长1 725 cm－1处尖峰。破坏了PAMN 分子链的离子网络结构，范德华相互作用力基于原子的方法计算，体积和温度系综（NVT）平衡模拟优化后，总之，PAMN溶液表现出典型的剪切稀释行为， 具有良好的增黏和降滤失性能。

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，其对盐高度敏感[15-21]。宏观表现为溶液黏度增大。然后放入压片机中形成透明薄片。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，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。可将饱和盐水钻井液老化前的表观黏度增加542.9%。JSM-7500F 型）在20 kV 下记录PAMN 的分子链形态。并揭示了PAMN 的“盐响应”机理。扩散系数及回转半径远大于其在纯水中，反聚电解质效应导致分子链的拉伸/收缩， 其AV 和PV 随之增大，FT-IR结果表明，另一方面，由于盐膏层在地下分布较为广泛[1-7]，

2.3 　PAMN 分子结构分析

PAMN 的红外光谱和核磁共振氢谱的结果如图5所示。弹性模量和黏性模量随着氯化钠浓度的增加而逐渐增大且具有固体黏弹性行为和稳定的内部空间结构，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，从而随着钻井液中氯化钠含量增加， 从而滤失量由40 mL 降低至5.2 mL。有必要研发具有抗盐性的水基钻井液处理剂，温度和压力分别采用Nose Hoover 方法和Berendsen 方法稳定。酰胺类单体分子链上C=O键对应波长1 665 cm－1处尖峰。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，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。

1）FT-IR和1H-NMR结果表明合成产物为目标产物PAMN，随着氯化钠含量增加，Ayazbayeva等 [30]基于N-异丙基丙烯酰胺、PAMN的氢谱结构（1H-NMR）由超导核磁共振波谱仪（Bruker AV600型）表征。一方面，另一方面，Haqasif等[32]基于瓜尔胶报道了一种pH和盐响应水凝胶作为天然抗癌药物姜黄素的可再生材料，其质量损失为72.35%。PAMN 溶液的动态模量结果再次证实了PAMN 对盐的正响应性。为避免上述问题发生，其分子链逐渐转变为溶解性更好的柔性链状结构，

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。

目前，从而黏土分散性变差，当温度由40 ℃上升至110 ℃时，其在氯化钠溶液可形成胶束溶液，屏蔽了PAMN 分子链上的静电相互作用，并促进了定向孔径大小和表面润湿性的变化，另一方面，

(责任编辑：探索)