温敏基团类型对聚合物增黏性能的影响
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超支化聚合物对水基钻井液高温稳定性的调控机理研究( 52474002);页岩地层用温敏缔合型封堵剂研制及其机理研究(UOG2024-11)


Effect of Temperature-Sensitive Group Type on the Viscosity-Enhancing Properties of Polymers
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    摘要:

    针对传统聚丙烯酰胺类钻井液增黏剂的高温失稳难题,分别以 N-乙烯基己内酰胺(NVCL)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DEAM)和 N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为温敏单体,采用水溶液自由基聚合法制备了 3 种微交联型温敏聚合物PAANVCL,PAADEAM 和 PAANIPAM。 利用红外光谱、核磁氢谱、X 射线衍射和紫外-可见光谱等进行了聚合物分子结构表征和低临界溶解温度(LCST)测定,对比分析了 3 种聚合物的温敏效应,研究了剪切速率、盐加量对聚合物温敏增稠性能的影响,并考察了聚合物在钻井液中的耐温性能。 结果表明,基团类型对温敏聚合物性能影响显著,PAADEAM 和 PAANIPAM 的 LCST 分别为 74 ℃和 70 ℃,而 PAANVCL 溶液的 LCST 可达 80 ℃;剪切速率为 18 r/min 时,PAANVCL 溶液在 25~ 100 ℃范围内的最高与最低黏度之比为 1.74,而 PAADEAM 和 PAANIPAM 溶液的增稠幅度为 1.60 和 1.48;在氯化钠为 10% ,剪切速率为 6 r/min 时,PAANVCL 溶液在 25 ~ 100 ℃ 范围内的增稠幅度为 1.45,但 PAADEAM 和 PAANIPAM 的增稠幅度分别仅有 1.24 和 1.38;PAANVCL 钻井液 160 ℃/16 h 老化后黏度保持率达 83% ,而 PAADEAM 和 PAANIPAM 钻井液的黏度保持率分别为 75% 和 74.6% 。 在文中所考察的 3 种聚合物中,带有环状温敏基团的 PAANVCL 表现出了更优的抗剪切、抗盐和耐温性能。

    Abstract:

    To address the high-temperature destabilization of conventional polyacrylamide-based viscosity enhancers in drilling fluids, three microcrosslinked polymers (PAANVCL, PAADEAM and PAANIPAM) were synthesized via aqueous free radical polymerization. These polymers incorporated N-vinyl caprolactam (NVCL), N, N-dimethyl acrylamide (DEAM), and N-isopropyl acrylamide (NIPAM) as temperature-sensitive monomers, respectively. The molecular structures were characterized by infrared spectroscopy ( FT-IR), proton nuclear magnetic resonance (1H-NMR), and X-ray diffraction (XRD), while ultraviolet-visible (UV-vis) spectroscopy was employed to determine the lower critical solution temperature (LCST) and temperature-sensitive behavior. The influence of shear rate and saline conditions on the temperature-sensitive thickening properties of the polymers was investigated, along with their performance in drilling fluids at elevated temperatures. Results indicate that the choice of monomer significantly affects temperature-sensitive performance such that PAANVCL exhibits an LCST of 80 ℃, which surpasses that of PAADEAM (74 ℃) and PAANIPAM (70 ℃). At a shear rate of 18 r/ min, PAANVCL achieves a temperature-sensitive thickening rate of 1.74, compared to 1.60 for PAADEAM and 1.48 for PAANIPAM over the temperature range of 25 ~ 100 ℃. In a 10% NaCl solution at a shear rate of 6 r/ min, PAANVCL maintains a thickening rate of 1.45, while PAADEAM and PAANIPAM record rates of 1.24 and 1.38, respectively. After aging at 160 ℃ for 16 h, PAANVCL-based drilling fluids retain 83% of their viscosity, outperforming PAADEAM (75% ) and PAANIPAM (74.6% ). Thus, the cyclic temperature-sensitive groups of PAANVCL confer exceptional shear, saline and thermal resilience, making it promising for high-temperature and saline drilling fluid applications.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

陈晋东, 慕熙荣, 孙艳宇, 谢彬强, 赵 林.温敏基团类型对聚合物增黏性能的影响[J].高分子材料科学与工程,2026,42(3):81-90. Jindong Chen, Xirong Mu, Yanyu Sun, Binqiang Xie, Lin Zhao. Effect of Temperature-Sensitive Group Type on the Viscosity-Enhancing Properties of Polymers[J]. Polymer Materials Science & Engineering,2026,42(3):81-90.

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