遇水膨脹橡膠(WSR)作為一種新型的橡膠功能材料,主要是由橡膠基體和親水性組分復合而成,親水性組分包括陰離子型、陽離子型和非離子型親水劑,復合方式分為物理添加復合型和反應共價交聯(lián)型兩種。WSR既具有彈性體的優(yōu)異力學性能,又有良好的吸水膨脹性能。由于選用的親水性成分和采用的復合技術(shù)的原因,大多數(shù)WSR在高礦化度水中表現(xiàn)出膨脹倍率低、膨脹速率快、親水性組分易流失、穩(wěn)定性較差的現(xiàn)象,WSR的應用受到限制。因此,研究在高礦化度水中膨脹倍率高、延遲性膨脹、力學性能高的WSR材料成為研究的焦點、難點與發(fā)展方向�；赪SR材料的性能特點,在高含水期油田的開發(fā)中表現(xiàn)出比較好的應用前景,本論文主要針對我國西北地區(qū)的塔河油田裂縫洞型油藏儲層溫度高(130℃)和礦化度高(2.2×105 mg/L)的工況特點,研究開發(fā)一種能夠耐溫、耐鹽,同時具有延遲膨脹的新型橡膠堵劑材料。本文采用反應型親水劑改性WSR材料,分別制備出丁腈橡膠(NBR)和氫化丁腈橡膠(HNBR)為基體的共價交聯(lián)型WSR橡膠堵劑,評價了橡膠堵劑的封堵行為。論文采用物理共混法,以NBR為基體制備WSR材料,研究了不同WSR類型、礦化度、溫度、交聯(lián)密度以及炭黑含量對吸水膨脹行為的影響。結(jié)果表明:共價交聯(lián)型WSR析出的親水組分很少,緩解了吸水劑的析出問題;只有橡膠中的交聯(lián)密度適當時,材料才可以表現(xiàn)出優(yōu)良的吸水膨脹行為;炭黑的含量決定了橡膠的力學性能和密實度,橡膠密實度越高,才能夠在塔河模擬水中下沉,但是這時也出現(xiàn)填料流失的現(xiàn)象;以NBR為基體的共價交聯(lián)型WSR的延遲膨脹時間在10 h左右。但是該方法加工的WSR存在填料流失造成膨脹倍率低的現(xiàn)象,不能滿足塔河油藏長距離輸送和追求較高膨脹倍率的施工要求。論文又以HNBR為基體制備共價交聯(lián)型WSR材料,研究了溫度、礦化度以及橡膠基體對吸水膨脹行為的影響。結(jié)果表明:溫度越高,膨脹速率越快,以HNBR為基體的共價交聯(lián)型WSR在130℃的塔河模擬水中,有更高的膨脹倍率,并且可以保證材料密實度大,在塔河模擬水中可以下沉,還有更長時間的延遲膨脹行為。但是橡膠試片較大,不能注入塔河油藏中,需要裁剪成堵劑粒子。最后,將硫化膠片裁剪成1 mm大小的堵劑粒子,研究堵劑粒子在塔河模擬水中的膨脹行為,并且進行裂縫巖心的物理模擬封堵實驗,評價堵劑對縫洞型油藏封堵性能。結(jié)果表明:以HNBR為基體的堵劑粒子,在被水性聚氨酯膜包覆后具有更長的延遲膨脹時間和較高的膨脹倍率,并且在塔河模擬水中能夠下沉,橡膠堵劑在注入裂縫后,表現(xiàn)出較好的封堵效果,實驗模擬裂縫流道封堵效果突出,能夠很好地滿足塔河油藏的深部堵水調(diào)剖技術(shù)的要求。
【學位單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TE39
【部分圖文】：

封端型 PU 的紅外光譜分析 mL 三口瓶中稱取定量購買的聚醚型 PU，在 50 ℃的反HEMA 和 1 滴催化劑 T-12，反應 5 h，得到封端型 PU 活酯基能夠與 HEMA 中的羥基發(fā)生化學反應，反應方程式圖 2-2 封端型聚醚 PU 的制備原理Fig.2-2 Preparation principle of capped polyether PU封端型 PU 和未封端型 PU，使用 KBr 壓片法對其進行以看出，未封端型 PU 在 2270 cm-1處出現(xiàn)一尖銳特征吸NCO 特征官能團的伸縮振動；在封端型 PU 中，在 2270 c完全消失，這表明 PU 中的異氰酸酯基已經(jīng)與 HEMA 8 cm-1處的吸收譜帶歸屬為-CH2的伸縮振動吸收。

圖 2-4 共價交聯(lián)型 WSR 反應原理Fig.2-4 The reaction principle of covalent cross-linking WSR從圖 2-5 可以看出，PU 在 2273 cm-1處出現(xiàn)一尖銳特征吸收譜帶，該譜帶歸屬為-NCO 特征官能團的伸縮振動。當 PU 中的-NCO 與 PAM 中的-NH2反應后，2273 cm-1處的-NCO 特征吸收峰完全消失，2868-2974 cm-1處的吸收譜帶歸屬為-CH2的伸縮振動吸收。

耐溫耐鹽遇水膨脹橡膠堵劑的制備與性能圖 2-4 共價交聯(lián)型 WSR 反應原理Fig.2-4 The reaction principle of covalent cross-linking WSR 可以看出，PU 在 2273 cm-1處出現(xiàn)一尖銳特征吸收譜帶征官能團的伸縮振動。當 PU 中的-NCO 與 PAM 中的-N-NCO 特征吸收峰完全消失，2868-2974 cm-1處的吸收譜動吸收。
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本文編號：2874774