凝胶法制备膨润土颗粒与吸附铜离子

为改善粉体膨润土成型条件，以钙基膨润土为原料，借助海藻酸钠与氯化钙交联作用，制备了膨润土凝胶颗粒，通过静态吸附实验探究了凝胶颗粒对Cu²⁺在不同p H、投加量、时间、温度和初始浓度条件下的吸附效果。结果表明，在凝胶颗粒投加量为50 g/L,p H为5.3，初始Cu²⁺质量浓度为100 mg/L时，90 min对Cu²⁺去除率达90.06%。凝胶颗粒对Cu²⁺吸附动力学符合拟二级动力学模型，吸附热力学符合Freundlich吸附等温模型。     

新型聚合物钾盐抑制泥页岩水化的性能与机理

泥页岩水化膨胀是井壁失稳的重要原因。本文通过膨润土压片浸泡与线性膨胀实验、页岩钻屑滚动回收实验以及流变性、滤失性测试,评价了一种新型聚合物钾盐抑制剂聚阴离子纤维素钾（K-PAC）的抑制性能及其对水基钻井液流变性和滤失性的影响。评价结果表明,0.5% K-PAC的抑制泥页岩水化膨胀的性能明显优于5% KCl、2%聚醚胺-D230（PEA-D230）,与0.5%聚丙烯酰胺钾盐（K-PAM）相近;0.5% K-PAC的增黏提切、降滤失性能要优于0.5% K-PAM。通过扫描电镜和X射线衍射分析了K-PAC的抑制机理,结果表明,K-PAC的阳离子部分（K⁺）能够进入膨润土晶层中并置换出水化钠离子,从而起到抑制黏土晶层膨胀的作用;K-PAC的阴离子部分吸附在黏土颗粒上起到护胶、降滤失的作用,二者协同增效,从而起到强抑制作用。由于K-PAC由聚阴离子纤维素和K⁺构成,对环境友好、成本低廉。因此,K-PAC具有成为低成本、环保型、强抑制性的水基钻井液抑制剂的巨大潜力。     

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。     

纳米颗粒材料在水基钻井液中封堵性能研究与评价

为应对钻遇地层的复杂性,采用纳米颗粒材料提高钻井液封堵性能作为对策之一引发了广泛关注,选取纳米颗粒材料对钻井液的封堵性能进行优化,对比和分析了多种纳米颗粒材料的微观形貌、抗盐性、流变性和滤失造壁性。结果表明,纳米颗粒材料由于较大的表面自由能,在水溶液中产生团聚效应,团聚后D₅₀粒径在1～10μm之间,其分散粒径并不受盐浓度的影响,可以与钻井液中添加的盐离子共存。通过对比不同的纳米颗粒对基浆的黏切性和滤失造壁性的影响,得到纳米SiO₂颗粒相较其它颗粒材料具有更好的配伍性和封堵性能,当其在5%基浆中加入1.5%纳米SiO₂颗粒时,基浆的滤失量由34.5 mL降低为23 mL,滤饼厚度由7.2 mm降低为2 mm。在钾基聚磺钻井液中添加纳米SiO₂颗粒,可以使得钻井液的PPT滤失量从12 mL降低至8 mL,具有良好的低渗层封堵效果,可以应对致密地层的渗漏问题,具有广阔应用前景。     

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。     

乳化剂对滤失量的影响分析

为了研究乳化剂对滤失量的影响,从静滤失方程出发,利用达西定律描述钻井液通过泥饼和滤纸的滤失速率,建立了油基钻井液的单因素和双因素滤失模型,并进行了对比分析。然后通过室内实验进行论证,表明乳化剂类型不同,配制的钻井液体系的滤失量不同,乳化率高的乳化剂对应的滤失量小;同时,乳化剂加量对体系的滤失量也有影响。     

泥饼渗透率影响因素研究

页岩气水平井钻进过程中,由钻井液失水形成泥饼质量的好坏会直接影响钻井生产效率,同时也影响井壁稳定性。通过制备泥饼,利用高温高压失水仪来考察钠膨润土、不同种类加重剂以及不同添加剂的质量分数对泥饼渗透率的影响。实验数据表明,从经济性和效果来看,钠膨润土质量分数为8%时,泥饼渗透率及厚度处于较低值,且变化趋势不明显,可视泥饼质量较佳;当重晶石质量分数在固相颗粒90%以下时,泥饼渗透率随质量分数增加而减小,当重晶石质量分数超过90%时,泥饼渗透率与质量分数呈正相关性;随着无机盐处理剂NaCl和KCl质量分数的增加,泥饼渗透率和厚度有着不同程度变化,且均呈正相关性;当重晶石质量分数为泥浆质量分数的80%,10μm碳酸钙质量分数为20%,6μm碳酸钙质量分数为6%时,泥饼的渗透率达到最低。分散剂加入后,会使黏土颗粒之间不易发生絮聚,同时增强颗粒间静电斥力,改变其表面亲水性,使黏土颗粒均匀地分散在水中,综合作用下导致泥饼渗透率降低。降滤失剂、稀释剂和包被剂都对降低泥饼渗透率起到一定作用。通过对泥饼渗透率影响因素研究,为现场施工过程中钻井液剂的加量优选提供数据支持。     

一种膨润土的表征及其对重金属离子吸附研究

以原矿膨润土为原料，对其结构进行表征和分析。然后从单因素条件分析膨润土对Cu²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺的吸附效果。结果表明：在相同条件下，膨润土加入量为0.30 g、温度为25℃时，Cu²⁺初始浓度为200 mg/L,溶液pH值为5.0,其最大吸附率为99.92%;Cd²⁺初始浓度为150 mg/L,溶液pH值为6.0,其最大吸附率为99.84%;Pb²⁺初始浓度为50 mg/L,溶液pH值为3.5,其最大吸附率为99.12%。竞争吸附中膨润土对Cd²⁺吸附效果最佳。此研究对处理含重金属离子的废水具有较好的潜在价值。     

离子种类及浓度对土工合成黏土垫用膨润土保水性能的影响

对4种膨润土样品在纯水及Na+,Mg2+,Ca2+等盐溶液中的滤失量及其离子交换容量进行了研究,并对盐溶液浸泡后的样品进行了形貌和结构分析。结果表明:Na+,Mg2+,Ca2+等对膨润土的滤失量均有显著影响,其中以Mg2+的影响最为显著;随着水溶液中阳离子浓度的增大,膨润土的滤失量不断增加;经过Mg2+,Ca2+溶液浸泡后,膨润土所含蒙脱石的种类由钠基蒙脱石变为钙基或镁基蒙脱石;膨润土经盐水浸泡后双电层厚度变小,保水性能变差;颗粒间出现了离析现象,盐浓度越高离析越严重。     

盐泥颗粒热风干燥特性及动力学模型

为优化盐泥颗粒干燥设备及结构参数，搭建热风干燥实验装置对盐泥颗粒进行热风干燥实验，研究不同风温、风速和堆积厚度对盐泥颗粒热风干燥特性的影响。对不同条件下的干燥特性曲线，通过比较决定系数R²、卡方x²和标准误差ESME等指标，评价5种常用干燥动力学模型对干燥曲线的拟合结果。结果表明：Midilli模型可以预测盐泥颗粒热风干燥过程水分的变化规律，模型预测的干燥曲线与实验干燥曲线有较高的拟合度。盐泥颗粒热风干燥过程中干燥速率逐渐下降，热风干燥特性与风温和堆积厚度密切相关。当温度从50℃增加到80℃时，有效水分扩散系数由2.038 39×10^-9 m²·s^-1增加到8.137 643×10^-9 m²·s^-1。     

典型表面活性剂对污泥脱水性能的影响研究

研究了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对焦化污泥脱水性能的影响和作用机理。结果表明,CTAB的加药量为300 mg/L时污泥比阻(SRF)从1.04×10⁽¹¹⁾ s(11) s²/g降至2.76×102/g降至2.76×10⁽¹⁰⁾ s(10) s²/g,抽滤泥饼含水率(W_C)从83.97%降至77.91%;SDBS加药量为600 mg/L时,SRF只降至3.57×102/g,抽滤泥饼含水率(W_C)从83.97%降至77.91%;SDBS加药量为600 mg/L时,SRF只降至3.57×10⁽¹⁰⁾ s(10) s²/g,W_C为79.80%,SDBS改善污泥的脱水性能不如CTAB。经过表面活性剂调理后的污泥明显疏松。     

改性膨润土对重金属的吸附性能研究

膨润土是垃圾填埋场垫层的主要吸附、防渗材料之一,对土进行不同程度改性可提高对垃圾渗滤液中含量较高的重金属(Cr⁶⁺、Cu²⁺、Zn²⁺)的吸附性能。采用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)对钠基膨润土进行有机改性制得CTMAB-Bent,再利用聚丙烯酰胺(CPAM)对CTMAB-Bent复合改性后制得CPAM-Bent。通过设计正交实验,研究了不同因素(改性剂浓度、膨润土用量、吸附时间、吸附温度和离子浓度)对吸附性能的影响,以探讨吸附机理。结果表明,CPAM-Bent与CTMAB-Bent和钠基膨润土相比,吸附性能最优,三种重金属吸附率均高于90%,且最优条件为：改性剂浓度为5.5%,膨润土用量0.5 g,时间45 min,温度25℃;吸附过程符合准二级动力学模型,吸附等温线与Langmuir模型相符,说明吸附过程按照单分子层吸附机理进行的,进一步通过拟合实验得知重金属(Cr⁶⁺、Cu²⁺、Zn²⁺)平衡吸附量分别为0.629、0.807、1.134 mg/...     

稳定煤岩地层的钻井液体系研究

当下我国石油行业急需多种技术,尤其是具有较优的常规性能(如流变性、滤失性)的钻井液。本文通过综合考虑成本和环境保护因素,采用水基钻井液体系,初步确立了实验所用钻井液体系:4%～5%膨润土+0. 2%中分子降失水剂JNP(聚合物)+0. 5%～1. 5%LV-CMC+2%～3%磺化酚醛树脂+1%～1. 5%降粘降滤失剂Redu~(2+)2%～3%干粉/磺化沥青+1%乳化沥青,通过钻井液流变性、滤失量以及抑制性和封堵性实验等,对钻井液体系性能进行表征,优选出这种适用于煤岩地层的稳定井壁钻井液体系。     

某填埋厂垃圾渗滤液“化学软化+TUF+板框压滤”的应用研究

某填埋场圾渗滤液采用“预处理+卷式物料膜+DTRO/STRO+MTRO”工艺,为减低各工艺单元的结垢风险,采用“化学软化+管式超滤膜设备(TUF)+板框压滤”工艺进行预处理,并考察泥饼成型效果。通过小试及中试实验,探究最优化学加药方案、除硬效果、COD 去除率、TUF 运行参数、膜污染的种类以及回流管路优化。结果表明,化学软化的最优加药方案为投加 5 000 mg/L 的 Ca(OH)₂、4 000 mg/L 的 Na₂CO₃,其中总硬、Ca²⁺、Mg²⁺、COD 的去除率为51.7%、85.7%、20.0%、30%;TUF 运行时控制 83.3% 的回收率,稳定膜通量为 75～85 L/(m²·h),污染周期大于 3.2 d,超滤膜污染主要为有机物污染,其超滤膜外排的浓缩液能有效通过板框压滤形成泥饼,残渣量为15.0 kg/t水;污泥罐上清液回流至 TUF 进料罐会加速膜通量衰减,板框滤液回流至 TUF 进料罐能提高膜通量。该研究结果可为垃圾渗滤液预处理...     

纳米SiO2增强双酚A型酚醛环氧树脂涂层的制备和性能

为了获得热稳定性好、韧性高且附着力优异的酚醛环氧树脂，采用水热合成法合成了不同酚醛比的双酚A型酚醛树脂，利用环氧氯丙烷进行改性，并加入纳米二氧化硅制备得到纳米粒子增强型酚醛环氧树脂防腐涂层，并对涂层的热稳定性和力学性能进行分析。结果表明：新型酚醛环氧树脂与传统环氧树脂相比，具有更好的耐热性和力学性能，经过纳米改性后的涂层具有更好的腐蚀防护性能，当酚醛比为1∶1，纳米二氧化硅添加量为3%时，涂层的硬度达到5H，附着力达到1级，柔韧性达到1 mm，且在30 d浸泡实验后阻抗依旧在10⁸Ω·cm²以上。表明在酚醛环氧树脂中添加纳米二氧化硅可以改善涂层的机械性能和防腐性能，且最佳添加量为3%。     

地连墙用聚合物-膨润土复合泥浆泥膜质量研究

将桥联高分子(改性淀粉和磺酸盐共聚物)和保水聚合物(聚丙烯酸钠和聚丙烯酸钾)作为泥浆改性组分,对比改性后聚合物-膨润土复合泥浆的泥膜致密性。结果表明:利用磺酸盐共聚物改性的泥浆其滤失量降低效果显著、掺量低,泥浆粘度提升较小,泥膜致密优势明显;聚丙烯酸钾颗粒能降低泥浆的滤失量,其80~100目和150~200目两种粒径复合使用体现出更好的泥膜致密效果。     

油基泥饼解除液体系研制及性能评价

针对东海油田钻井过程中油基钻井液在井壁和筛管上形成的泥饼难以清除等复杂问题,室内经过有机溶剂、有机酸、增溶剂等处理剂优化筛选,研制出一套油基泥饼解除液体系,其配方为:55%5#白油+45%增溶剂HZRJ+5.5%有机酸HTS+5%有机溶剂RJ;通过API滤失实验、配伍性实验、渗透率恢复值实验对体系进行了性能评价,结果表明该体系具有良好的泥饼解除效果和较强的储层保护能力,且与钻井液及储层岩石、原油具有较好的配伍性。     

高钙煤气化渣和燃烧渣对模拟废水中Pb2+的脱除作用对比研究

以高钙煤气化渣和煤燃烧渣为原料开展对Pb²⁺脱除的对比实验研究,考察了接触时间(0 h～72 h)、灰渣投加量(0.05 g～0.20 g)、Pb²⁺溶液初始pH值(2.5～6.0)对Pb²⁺脱除的影响,分析了钙元素在Pb²⁺脱除过程中的作用,并对比分析了两类灰渣的脱除机制。结果表明：Pb²⁺初始质量浓度为100 mg/L、模拟废水体积为50 mL、接触时间为24 h、灰渣投加量为0.20 g、Pb²⁺溶液初始pH值为5时,灰渣对Pb²⁺脱除效果最优,燃煤渣和气化渣对Pb²⁺的脱除率分别高达94.5%和99.5%;燃煤渣脱除Pb²⁺的过程包括灰渣水解产OH^-,析出Pb(OH)₂晶粒,吸收空气中CO₂转变为碱式碳酸铅[Pb₃(CO₃)₂(OH)₂     

纳米粒子控制膨润土基钻井泥浆性能研究

将海泡石纳米颗粒添加到膨润土基钻井液中以控制其性能,并通过室内实验研究了海泡石纳米颗粒的添加对膨润土基钻井液流变性能和滤失性能的影响,比较了其在不同温度和压力条件下的变化规律.对于有或没有海泡石纳米颗粒的膨润土基钻井液,测量了其在不同温度和压力条件下的塑性黏度、屈服点和失水量,并在相应的油藏压力和温度下进行了岩心驱油实验,分析了失水性及地层破坏.结果表明:海泡石纳米颗粒可用于提高盐水和新鲜膨润土基钻井液的塑性黏度和屈服点;具有海泡石纳米颗粒的膨润土基钻井液在很宽的温度和压力范围内,特别是在高温和高压下,具有很好的流变性;海泡石纳米颗粒减少了储层压力和温度下的流体损失并降低了渗透率,海泡石纳米颗粒是一种膨润土基钻井泥浆的理想添加剂.     

氧化铈-二氧化硅介孔材料制备及对铜离子的吸附性能

采用共沉淀法和沉淀浸渍法制备了纳米氧化铈-二氧化硅（CeO₂-SiO₂）介孔材料吸附剂,主要考察了其对水中铜离子（Cu²⁺）的吸附行为。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和氮吸附（BET）等手段对合成的介孔材料进行了性能表征,并通过静态吸附实验分析了溶液pH、溶液初始金属离子质量浓度、吸附剂用量、吸附时间等条件对介孔材料吸附Cu²⁺性能的影响。结果表明：共沉淀法制备的纳米CeO₂-SiO₂介孔材料对Cu²⁺的去除效果较沉淀浸渍法要好;当溶液pH=7.0时CeO₂-SiO₂介孔材料对Cu²⁺的吸附效果最好,20 min时基本达到吸附平衡;溶液初始Cu²⁺浓度增大Cu²⁺去除率降低,Cu²⁺累计吸附量增大;随着吸附剂用量增加Cu²⁺去除率增大,当CeO₂-SiO₂吸附剂用量为0.15 g/L时对Cu²⁺的去除率趋于稳定;CeO₂-SiO₂吸附剂对不同金属离子吸附性能由大到小的顺序为Cu²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺,该吸附过程均符合准二级动力学模型。