一种水基钻井液用热固型纳米封堵剂的研制

为解决页岩井壁失稳问题,制备了一种热固型纳米封堵剂。采用红外光谱仪、热重差热等,验证封堵剂的分子结构及热稳定性。研究了封堵剂对钻井液流变性、滤失性及封堵性能的影响。结果表明,纳米封堵剂的加量越多,Zeta电位越高,水基钻井液的粒径越大。含有该封堵剂的钻井液120℃/16 h老化后的粘度参数较老化前增加,且纳米封堵剂加量越多,钻井液的粘度越高,API滤失量越低。当封堵剂加量为4%,水基钻井液在纳米级滤纸及微米级砂盘过滤介质中的滤失量均低于10 mL,承压120℃/3.5 MPa。扫描电镜显示纳米封堵剂在滤饼中保持纳米级分布,通过热固效应出现微米级自生颗粒,合理粒度级配能够形成致密滤饼,具有良好失水造壁性和封堵效果。     

重晶石粉颗粒级配对高密度钻井液性能影响的实验探讨

针对高密度钻井液中加重固相高质量浓度条件下流变性和滤失造壁性难以调控的问题,重点探讨重晶石粒度级配对高密度钻井液流变性和滤失造壁性的影响规律.基于2.20 g·cm-3高密度试验浆优选的基础上,实验考察重晶石粉颗粒级配对高密度实验浆性能的影响.实验表明:随着小粒径重晶石粉加量的增大,实验浆的表观黏度、塑性黏度和滤失量均呈现先减小后增大的趋势.重晶石粒度级配使颗粒粒径分布范围变宽,呈现双峰或多峰分布;当特级重晶石和细磨重晶石复合比例为2:1时,高密度实验浆的流变性和滤失造壁性较好;根据不同重晶石颗粒级配加重实验浆的粒径分布特点,探讨重晶石颗粒级配改善实验浆性能的主要原因.     

SiO2-AES泡沫套铣液体系配制及性能评价

伴随油气田的逐步开采，地层能量逐渐衰竭，针对井下套铣作业过程中出现的储层伤害、流体渗漏等现象，通过改进的stober法将硅烷季铵盐接枝于SiO₂颗粒表面，合成了一种新型十二烷基改性纳米SiO₂颗粒，作为固体稳泡剂与阴离子起泡剂、液体稳泡剂、降滤失剂、膨润土、增黏剂进行复配，得到具有高稳定性、抗污染性及优异堵漏能力的套铣液泡沫体系。结果表明，0.5%十二烷基改性纳米SiO₂颗粒+1.5%膨润土浆+0.6%降滤失剂SL-2+0.3%增黏剂CMC+0.1%阴离子发泡剂AES+0.2%两性离子稳泡剂CAB-35复配后性能最佳，抗污染性能优秀，可耐9%的矿化度为15g·L-1的地层流体模拟液及20%煤油伤害，对高渗透层具有良好的封堵性能。     

抗高温耐盐型钻井液用降滤失剂的合成与性能评价

选用对苯乙烯磺酸钠(SSS)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)单体为原料,利用自由基聚合的方式,得到一种抗高温耐盐聚合物降滤失剂.通过傅里叶红外光谱分析(FT-IR)表明合成产物结构与设计结构相符.当降滤失剂加量为1.8%时,室温下和210℃下淡水基浆的滤失量分别为7.9mL和13.5mL;在25%NaCl和3%CaCl₂的盐水泥浆中,钻井液的滤失量分别为14.8mL和11.0mL.通过扫描电镜(SEM)可以分析钻井液形成的滤饼的微观结构,由此得到降滤失剂作用的机理是:当降滤失剂吸附在黏土表面时,降滤失剂可以使黏土颗粒在钻井液中分散,从而形成致密的滤饼来减少滤失量.     

添加纳米SiO2对四元溴化盐相变热物性的影响

熔点、熔化潜热和分解温度是熔盐传热蓄热材料的重要热物性参数。以分析纯NaBr、KBr、CaBr₂和LiBr配制四元溴化盐,分别将颗粒平均直径为10、20、50 nm的纳米SiO₂颗粒按一定含量分散入所配制四元溴化盐中配制得到25种不同含量和粒径的纳米SiO₂溴化盐,利用DSC法研究添加纳米SiO₂含量和粒径对四元溴化盐熔点、熔化潜热及分解温度的影响。结果表明,随着纳米SiO₂含量的增大,溴化盐的熔点先降低后升高,但变化范围较小;熔化潜热先升高后逐步降低,变化较大。添加10 nm SiO₂颗粒含量为质量分数1.5%时,最大熔化潜热为47.06 J·g^-1,提高89.6%;添加10 nm SiO₂颗粒含量为质量分数0.7%时,最高分解温度为876.3℃。     

疏水纳米SiO_2在泥页岩水基钻井液中的应用

在水基钻井液钻井过程中泥页岩易发生水化膨胀、掉块等井壁失稳问题,在泥页岩水基钻井液引入疏水性纳米SiO_2TSP-L20,TSP-L20可以提升水基钻井液对泥页岩的降滤失性、封堵性以及抑制性。介绍了疏水纳米SiO_2的抑制防塌机理,通过测试TSP-L20浆及加有TSP-L20的水基钻井液的失水量、压力传递、泥岩钻屑的滚动回收率和线性膨胀率,评价了TSP-L20的降滤失性、封堵性及抑制性。结果表明:疏水性纳米SiO_2TSP-L20具有较好的降滤失性能、封堵性及抑制性,可以提高水基钻井液对泥页岩的抑制防塌性能。     

聚多巴胺修饰纳米SiO2颗粒

纳米SiO₂颗粒粒径小、比表面积大,广泛用做填料、涂料、催化剂等。由于纳米SiO₂颗粒表面能高、亲水性强、易团聚、在聚合物基体中的分散性差,需要对其表面修饰改性。多巴胺（DA）分子具有类似贻贝分泌的黏附蛋白的结构单元儿茶酚和活性基团氨基,在碱性条件下,通过氧化自聚可在多种材料表面沉积,形成富含活性基团的聚多巴胺（PDA）包覆层,可进行二次修饰,是近期发展的一种新型表面修饰方法。本文针对纳米SiO₂颗粒表面的PDA功能化修饰,分析了该修饰方法的工艺特点及优势,阐述了SiO₂@PDA纳米颗粒及SiO₂/PDA共聚复合颗粒的制备路线及应用,总结了SiO₂@PDA颗粒表面二次功能化修饰的研究进展。分析表明,SiO₂@PDA表面易于接枝功能化聚合物分子,并可负载功能纳米颗粒,有利于拓展SiO₂纳米颗粒的多功能应用。关于多巴胺与SiO₂纳米颗粒的表面反应机制、沉积动力学、聚合机理等仍需进一步研究。     

微纳米SiO2颗粒的粒径调控技术研究进展

微纳米SiO₂颗粒是一种重要的无机非金属材料,同时也是组装具有功能特性纳米结构材料的理想构建基元,在橡胶、光子晶体、生物医学、化妆品等领域扮演着重要的角色。目前,研究人员对其粒径调控技术进行了大量的研究。然而,如何更有效地调控SiO₂的粒径仍有待进一步发展。为此,文章着重论述了SiO₂颗粒制备过程中的粒径调控机理及其影响因素,包括反应物的含量、催化剂种类和浓度、溶剂极性、合成工艺等因素。研究进展表明：基于St?ber法的SiO₂颗粒粒径调控技术可在10 nm～4.5μm范围内可调;基于微乳液法的SiO₂颗粒粒径调控技术可在20～100 nm范围内可调;基于沉淀法的SiO₂颗粒粒径调控技术可制得最小粒径为2 nm的SiO₂颗粒。最后,指出了微纳米SiO₂颗粒粒径调控技术中存在的问题及其发展方向,旨在为其在相关领域的应用提供一定的参考。     

新型抗高温降滤失剂GDF-1的研制及性能评价

针对现有淀粉类降滤失剂高温下易失效和对钻井液粘度影响大的问题,以淀粉为原料,丙烯酰胺、丙烯酸、硅藻土为改性材料,N’N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用水溶液聚合法合成了一种环保型抗高温淀粉降滤失剂GDF-1。采用红外光谱、热重分析等对其结构进行表征,实验评价了其对钻井液滤失性能的影响,并探讨了GDF-1的作用机理。结果表明,GDF-1热稳定性较高,160℃热滚后对膨润土基浆的流变性能影响较小,可有效改善泥饼质量。GDF-1可抑制粘土颗粒高温团聚,使基浆的粒度分布更加合理。1%加量下基浆的API滤失量降低率可达79%。GDF-1通过吸附自由水形成水化膜,结合物理封堵以及架桥作用,降低泥饼渗透性,减少滤失量。     

抗高钙盐钻井液降滤失剂CARF-1合成及性能研究

以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酸丁酯(BMA)为聚合单体,与一种纳微米无机矿物进行共聚,制备了钻井液用抗高温抗钙盐降滤失剂CARF-1。采用红外光谱、元素分析、热失重等方法分析了CARF-1的结构和热稳定性。室内性能评价结果表明,CARF-1在高钙盐钻井液和高矿化度复合盐水钻井液中经高温老化后均具有较好的降滤失能力;在含8%CaCl₂的膨润土浆中加量2.0%时API滤失量9.8mL,在高矿化度复合盐水钻井液中加量为2.5%时API滤失量9.6mL;与钻井液处理剂配伍性好,在高钙盐钻井液中加量为3.5%时,经150℃老化后API滤失量4.4mL、高温高压滤失量12mL。进一步通过Zeta电位测定和扫描电镜(SEM)分析,探讨了CARF-1在高钙盐下的抗钙盐降滤失机理。     

水基SiO2纳米流体沸腾换热特性

纳米流体作为新型换热介质可广泛应用于多个领域。现有研究结果表明导致纳米流体沸腾换热性能变化的因素主要在于纳米颗粒在换热表面的沉积、加热表面粗糙度、表面张力、内部能量传递、气泡形成条件等。对水基SiO₂纳米流体进行池沸腾实验研究,得到SiO₂/水纳米流体与纯基液-去离子水核态沸腾换热特性的区别,比较不同颗粒粒径对纳米流体换热特性影响。结果表明：对于低浓度纳米流体,添加纳米颗粒后流体的换热特性与纯基液在相同条件下进行核态沸腾时的换热特性有较大差异,不同粒径之间换热特性变化明显,随着粒径的增加呈非线性增长趋势,随着热通量增大纳米颗粒粒径对换热特性的影响趋势增大。     

耐温抗盐降滤失剂配伍钻井液的研制

为满足复杂地层深井钻井工艺技术对钻井液的要求,合成出了高温抗盐钻井液用降滤失剂,并采用红外光谱法及热分析法对其进行了表征。在此基础上确定了降滤失剂配伍钻井液配方,评价了降滤失剂及其配伍钻井液的抗温和抗盐污染性能。结果表明：降滤失剂高温抗盐性能达到国内外先进水平,配伍钻井液在淡水、盐水、饱和盐水和复合盐水中均具有较强的降滤失作用。150℃条件下,配伍钻井液在淡水基浆、饱和NaCl盐水及复合盐水中高温高压滤失量分别仅为14.4ml、6.8ml及14.8ml。     

基于分形维数对纳米二氧化硅颗粒分散性的量化表征研究

开发了一种基于分形维数来表征纳米颗粒团聚行为的方法，通过对纳米SiO₂颗粒的透射电子显微镜的图片进行分析，并借助冷冻切片技术对硅橡胶中的SiO₂分布状态进行观测和分形维数的计算，探究了分形维数与吸油值、表面羟基数、力学性能等的关系。结果表明：纳米颗粒的团聚程度越大其分形维数越大；通过对纳米SiO₂补强硅橡胶的超薄切片的分形维数的计算可知，在聚合物中的纳米颗粒的团聚也呈现相同的规律，即分形维数越大团聚程度越大；此外，分形维数越大，纳米SiO₂的吸油值越小，表面羟基数越少，硅橡胶片的拉伸强度、撕裂强度及邵尔A硬度则越大。     

纳米SiO2对钢渣水泥基胶凝材料的影响

钢渣和水泥具有相似的矿物组成,可以作为一种潜在的胶凝材料,然而钢渣掺量较高时并不利于混凝土早期性能的发展。以钢渣质量分数为30%的钢渣水泥基胶凝材料为研究对象,探讨纳米SiO₂对其早期性能的影响。主要通过测量流动度、凝结时间和抗压强度评估物理力学性能,并利用微量热分析、X射线衍射(XRD)、差热分析(DSC-TG)等方法对掺有纳米SiO₂的钢渣水泥基胶凝材料的水化过程和水化产物进行分析。结果表明,当纳米SiO₂掺入的质量分数为3%时,纳米SiO₂可充分发挥火山灰活性,消耗大量Ca(OH)₂,同时由于纳米SiO₂颗粒的结晶成核作用和微集料填充作用,促进了钢渣和水泥的水化,水化初期的放热速率有所提高,从而提高钢渣水泥基胶凝材料的力学性能,28 d的抗压强度提高了14.0%。     

液体石蜡/聚砜树脂/纳米SiO2复合相变材料的制备及性能表征

采用溶剂挥发法合成一种新型的以液体石蜡为芯材、纳米SiO₂为嵌体的聚砜树脂外壳相变微胶囊颗粒，并通过扫描电子显微镜、红外光谱、差示扫描量热仪、热失重分析对复合相变材料进行了结构及性能测试。结果表明，当添加纳米SiO₂的量为5 %时，微胶囊颗粒的粒度为最小的164.8 μm，并存在最优的相变焓和封装效率，熔化焓为88.03 J/g，结晶焓为86.48 J/g，封装效率57.37 %；纳米SiO₂改性后的相变微胶囊化学结构未受影响；经纳米SiO₂改性，微胶囊粒径增大，其表面结构产生小空隙现象，同时相变微胶囊的相变性能及热稳定性有明显改善。     

聚氨酯/纳米二氧化硅有机-无机杂化材料的制备与性能

以自制的端异氰酸酯基聚丁二烯(ITPB)为基体,纳米二氧化硅(SiO₂)为交联固化剂,采用预聚体法制备了一系列不同纳米SiO₂含量的有机-无机杂化材料。阐述了其制备机理,研究了不同固化条件对有ITPB/SiO₂杂化材料力学性能的影响,并对其进行了动态力学分析和X射线衍射分析。结果表明：室温固化14 d后,110℃固化24 h,杂化材料的综合力学性能最佳。纳米SiO₂的添加量越多,杂化材料的储能模量越大。添加质量分数12%的纳米SiO₂杂化材料的抗湿滑性能和操控性能最好,纳米SiO₂添加质量分数为8%时,杂化材料的滚动阻力最小。     

P(ST-g-ACA)/BT复合降滤失剂的合成与性能

以玉米淀粉、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵和膨润土为原料,采用单体插层原位聚合法制备了一种复合降滤失剂P(ST-g-ACA)/BT。采用FTIR、XRD、TGA和TEM对其进行表征,对降滤失剂的降滤失性能和流变性能进行了评价,并对其降滤失机理进行了推测。结果表明,该降滤失剂具有"鸡蛋卷"结构和良好的热稳定性。当P(ST-g-ACA)/BT加入量为基浆质量的2.0%时,淡水基浆中滤失量为4 mL(常温中压),含量为10%盐水基浆中(以去离子水的质量为基准,下同)滤失量为22 mL(150℃、3.5 MPa),表明降滤失剂能提高水基钻井液的热稳定性、耐盐性和降滤失性。在含量为10%盐水基浆中,与其他降滤失剂相比,P(ST-g-ACA)/BT降滤失效果明显。     

一种改性淀粉钻井液降滤失剂的合成与性能评价

以可溶性玉米淀粉、AMPS、DMDAAC、AM四元共聚,制得一种两性离子改性淀粉钻井液降滤失剂。结果表明,该聚合物降滤失剂在淡水基浆、盐水基浆、人工海水基浆中均具有较好的降失水性能,1.0%的产品加量,淡水基浆中API失水为6 mL,饱和盐水基浆中API失水为8 mL,人工海水基浆中API失水为8.4 mL;0.6%的产品加量的淡水基浆在150℃、3.5 MPa下的失水量为24.2 mL,基浆在180℃下热滚16 h后性能无明显变化,页岩滚动回收1次、2次,回收率均在90%以上。     

纳米SiO2/MF复合微球的制备与性能研究

采用沉淀聚合法由纳米SiO₂、三聚氰胺、甲醛共聚制备了纳米SiO₂/三聚氰胺甲醛(MF)复合微球,通过光学显微镜和扫描电子显微镜观测以及热重分析和上清液中SiO₂的含量测定研究了反应时间、反应温度、催化剂以及纳米SiO₂粒径对复合微球外观及性能的影响。结果表明,最佳反应条件为：反应时间4 h,反应温度80℃,采用硝酸为催化剂。随着纳米SiO₂粒径的增大,纳米SiO₂/MF复合微球的粒径逐渐变小。纳米SiO₂可显著增强MF微球的热稳定性,扩大其在木材复合材料和其他行业的应用范围。     

纳米SiO2的改性及其对水性聚氨酯树脂复合涂层的性能影响分析

以乙醇水溶液为载体,借助硅烷偶联剂KH560,对纳米SiO₂进行了改性处理。对处理后材料的粒径进行了测量,分析了纳米SiO₂含量、乙醇水溶液配比和改性剂含量对分散性的影响。将改性后的纳米SiO₂分散液与无机组分、水性聚氨酯树脂进行复配,得到无铬钝化液。然后在热镀锌板上制备成相应的钝化膜,借助交流阻抗、中性盐雾试验以及电化学Tafel极化曲线,就纳米SiO₂改性对水性聚氨酯树脂复合涂层性能的影响进行分析。结果表明,对比未改性材料,改性材料的耐腐蚀性得到了显著提升。