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【6h】

黏土矿物抑制性和黏土胶体的热稳定性研究

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Abstract

第一章前言

1.1研究意义和背景

1.1.1油田开发过程中黏土矿物的稳定性问题

1.1.2理论意义

1.2国内外研究进展

1.2.1黏土的水化膨胀、分散与抑制

1.2.2黏土—水分散体系的稳定性及耐温性

第二章实验部分

2.1实验原料和试剂

2.2主要实验仪器及设备

2.3实验研究方法

2.3.1几种助剂的制备

2.3.2蒙脱土预处理和预吸附

2.3.3黏土水化膨胀实验

2.3.4黏土水化分散及耐温实验

2.3.5电泳实验

2.3.6泥浆的配制及性能测定

2.3.7泥浆稳定性研究(滤失量法)

2.3.8泥浆流变参数测定

2.3.9透射电镜实验

2.3.10泥浆失效动力学研究

2.3.11在分散体系介质中K+浓度的测定

2.3.12差热分析

第三章黏土矿物抑制及作用机理的讨论

3.1NH4+与KCl抑制作用的比较

3.2尿素对蒙脱土膨胀的抑制作用

3.3PEG对蒙脱土的抑制作用

3.4聚乙二醇体系抑制页岩分散的作用

3.5多种抑制剂的协同作用

3.5.1PEG与KCl或NH4Cl协合

3.5.2尿素与PEG、KCl和NH4Cl的协同作用

3.6小结

第四章黏土—水分散体系的稳定性与耐温性

4.1稳定剂性能的比较

4.1.1蒙脱土—水分散体系稳定剂的类型

4.1.2蒙脱土—水分散体系稳定剂的高温稳定性

4.2 PEG与稳定剂的协同效应

4.2.1淡水泥浆中聚乙二醇对稳定剂耐温性的影响

4.2.2盐水泥浆中聚乙二醇对稳定剂耐温性的影响

4.3稳定剂的失效动力学研究

4.3.1黏土分散体系在不同温度下滚动不同时间的滤失量

4.3.2黏土胶体稳定剂失稳动力学

4.3.3黏土胶体稳定剂失稳活化能

4.4小结

第五章结论

参考文献

致谢

攻读博士期间发表的学术论文和科研成果

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摘要

该文通过膨胀仪和粒度分布仪对NH<,4><'+>尿素的抑制蒙脱石水化、分散和膨胀的作用进行研究,同时研究了聚乙二醇、尿素与K<'+>和NH<,4><'+>的复合抑制作用.并应用动力学方法研究了黏土—水分散体系稳定剂的热稳定性以及聚乙二醇与其它稳定剂的协同效应与耐温性.这些机理研究在胶体化学理论研究中具有重要意义.通过NH<,4><'+>与K<'+>的对比实验,表明其对黏土矿物具有相同的抑制性,而且呈分子当量关系,证明只要离子直径与黏土晶面上的六角网孔径相当,就可能卡入其中,形成密实结构,不易被其它阳离子取代,阻止水分子的进入,从而抑制黏土矿物水化分散的机理是合理的.聚乙二醇本身对黏土矿物的抑制性主要是由于在黏土表面产生的吸附,吸附导致黏土表面的疏水性,使水分子解吸.尿素与NH<,4><'+>存在相互作用,尿素在黏土表面的吸附导致了NH<,4><'+>吸附量的增加,提高了彼此的抑制效果,NH<,4><'+>同时使PEG在黏土表面的吸附构型发生改变,提高了其疏水性和抑制作用.通过粒度分布和电动电位的研究发现无机电解质的抑制作用与有机物PEG和尿素作用机制是不同的,无机电解质可通过DLVO理论加以解释,随着无机电解质浓度的增加,平均粒度增加,粒度分布变窄,PEG和尿素均使粒度分布曲线图发生改变,表明了作用机制的复杂性.该文首次用化学动力学方法研究了钻井泥浆中常用的有代表性的六种降滤失剂受热稳定作用,结果表明由它们稳定的黏土胶体高温失稳基本都是一级动力学过程.并求出了失稳过程的反应速度常数、活化能及半衰期.实验结果与工业实践中所表现出的结果一致.

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