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、石油鉆探過程中，隨著特殊井、超深井和復雜井數(shù)量的增多，鉆遇地層日趨復雜，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，造成流動阻力過大、能耗過高、卡鉆等問題。因此，降粘劑是鉆井過程中不可缺少的鉆井液處理劑，它對調(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，造成嚴重的環(huán)境污染和資源浪費。因堿木素分子結構中含有各種官能團，可以對其進行化學改性

2、來提高其應用性能。堿木素的改性和應用具有廢物資源化利用和環(huán)境保護的雙重意義。
　　 本論文通過對工業(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，并基于上述實驗結果，對LSN的降粘機理進行了推斷。
　　 論文的主要研究內(nèi)容包括:
　　 1.磺化木素胺LSN的合成及表征
　　 通過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，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，之后再進行磺甲基化反應，合成出改性產(chǎn)物LSN。通過溶解性的變化、紅外光譜和元素分析等手段證明了LSN的分子結構中存在胺基和磺酸基團，改性實驗可行;通過表面張力曲線和起泡性實驗，表征了LSN的基本物化性能;采用稀釋外推法測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
　　 本論文通過吸附、zeta電勢以及流變學表征手段，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電勢絕對值也相應增加，最終達到平衡。吸附的主要驅(qū)動力是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。吸附動力學曲線表明LSN在蒙脫土上的吸附量隨時間的延

5、長而增加，在30min以內(nèi)即可達到吸附平衡;溫度對飽和吸附量幾乎不產(chǎn)生影響，而pH值對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價
　　 通過測定基漿的流變學參數(shù)對磺化木素胺LSN的降粘效果進行了評價。結果表明LSN能顯著降低淡水基漿的表觀粘度和動切力，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，LSN在未