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本文探索磁性纳米粒子作为水基钻井液的封堵剂,考察各种条件下纳米封堵材料的性能特性。论文采用共沉淀法制备磁性纳米粒子,在其表面修饰双键,然后通过自由基聚合方法将多种单体分别与磁性纳米粒子共聚,制备一系列聚合物修饰的复合纳米粒子,详细考察复合纳米粒子在水基钻井液中的高温、耐盐流变性能和滤失性能。具体研究内容如下:1.通过3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(TMSPMA)改性的Fe3O4纳米粒子接枝聚丙烯酸(PAA),然后引入含有4wt%膨润土(BT)的低固相水基钻井液(WBDFs)。流变性能测试表明,随着Fe3O4/PAA浓度升高,Fe3O4/PAA/WBDFs的稠度系数(K)降低,当复合纳米粒子浓度达到0.1 wt%,钻井液剪切稀释性能达到最佳。温度对纳米粒子改性的水基钻井液滤失性能有明显影响,随着温度升高,钻井液的滤失量逐渐增加。温度恒定时,纳米粒子浓度也对其滤失性能有影响,当纳米粒子浓度达到0.1 wt%时,水基钻井液的滤失性能达到最佳。耐盐实验发现,复合纳米粒子浓度越高,分散稳定性越低,而且当纳米粒子浓度为0.1 wt%时,滤失量达到最小。与基浆相比,Fe3O4/PAA纳米粒子改性水基钻井液具有较高的耐温性。2.对苯乙烯磺酸钠(SSS)和Fe3O4/TMSPMA纳米粒子反应,将PSSS修饰到纳米粒子表面,然后引入含有4wt%BT的水基钻井液中。考察温度以及盐对水基钻井液流变性能和滤失性能的影响。流变性能实验发现,在不同温度下,当Fe3O4/PSSS纳米粒子浓度达到0.1 wt%时,水基钻井液表现出优异的剪切稀释性能。在低温条件下,改性水基钻井液的流变曲线符合Bingham模型,但是在高温条件下,符合Herschel-Bulkley模型。流变结果表明,增加Fe3O4/PSSS纳米粒子可以有效提高水基钻井液的耐盐性。在滤失性能测试中发现Fe3O4/PSSS纳米粒子浓度达到0.1 wt%时,钻井液滤失量最小。耐盐滤失性能实验也表明,Fe3O4/PSSS纳米粒子加入可以有效降低钻井液的滤失量。3.2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和Fe3O4/TMSPMA纳米粒子反应,将PAMPS修饰到纳米粒子表面,然后引入含有4 wt%BT的水基钻井液中。考察温度以及盐对改性水基钻井液流变性能和滤失性能的影响。流变实验发现,当Fe3O4/PAMPS纳米粒子浓度达到0.1-0.25 wt%时,钻井液的剪切稀释性能达到最佳。在低温条件下,改性水基钻井液的流变曲线与Bingham模型符合,但在高温条件下,与Herschel-Bulkley模型相符。增加Fe3O4/PAMPS纳米粒子的浓度可以有效提高水基钻井液的耐盐性。高温高压滤失测试发现,当Fe3O4/PAMPS纳米粒子浓度达到0.1 wt%时,钻井液滤失量达到最小。在相同盐浓度下,Fe3O4/PAMPS纳米粒子的浓度越高,改性水基钻井液的滤失量越少。当纳米粒子浓度达到0.25 wt%时,水基钻井液在不同盐浓度的滤失量最小。4.3-甲基丙烯酰氧乙基-3-甲基氯化铵(DMC)和Fe3O4/TMSPMA纳米粒子反应,将PDMC修饰到纳米粒子表面,然后引入含有4 wt%BT的水基钻井液中。考察温度及盐对水基钻井液流变性能和滤失性能的影响。通过引入Fe3O4/PDMC纳米粒子,水基钻井液的流变和滤液性能得到提高。在流变学模型中,Bingham和Herschel-Bulkley模型能够有效预测Fe3O4/PDMC纳米粒子改性水基钻井液的流变曲线趋势。当盐浓度达到0.5 wt%时,Fe3O4/PDMC纳米粒子改性水基钻井液达到塑性流体向假塑性流体转变的过渡浓度。当Fe3O4/PDMC纳米粒子的浓度达到0.1 wt%时,水基钻井液具有优异的降滤失性。在耐盐滤失测试中,当Fe3O4/PDMC纳米粒子的浓度达到0.25 wt%时,水基钻井液的滤失量最小。5.丙烯酰胺(AM)和Fe3O4/TMSPMA纳米粒子反应,将PAM修饰到纳米粒子表面,然后引入含有4wt%BT的水基钻井液中。考察温度以及盐对水基钻井液流变性能和滤失性能的影响。耐温流变实验发现,当Fe3O4/PAM纳米粒子的浓度达到0.1 wt%时,水基钻井液剪切稀释性能达到最佳。在低温条件下,改性水基钻井液的流变曲线符合Bingham模型,高温条件下,符合Herschel-Bulkley模型。增加Fe3O4/PAM纳米粒子的浓度可以有效提高耐盐性。在清水滤失实验中发现,Fe3O4/PAM纳米粒子浓度达到0.1 wt%时,水基钻井液的滤失量最小。在盐水滤失实验中,增加Fe3O4/PAM纳米粒子的浓度可以有效提高水基钻井液的耐盐滤失性能。6.N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和Fe3O4/TMSPMA纳米粒子反应,将PNIPAM修饰到纳米粒子表面,然后引入含有4 wt%BT的水基钻井液中。实验发现,引入Fe3O4/PNIPAM纳米粒子,水基钻井液的流变和滤失性能得到提高。在流变测试中发现,Fe3O4/PNIPAM纳米粒子改性水基钻井液的流变特性符合Bingham模型以及Herschel-Bulkely 模型。当 Fe3O4/PNIPAM 纳米粒子浓度达到 0.25 wt%时,Fe3O4/PNIPAM纳米粒子改性水基钻井液达到塑性流体向假塑性流体转变的过渡浓度。当Fe3O4/PNIPAM纳米粒子的浓度达到0.1-0.25 wt%时,水基钻井液的降滤失性达到最佳,滤失量最小,而且泥饼更薄。当Fe3O4/PNIPAM纳米粒子浓度达到0.25 wt%时,水基钻井液具有最佳的耐盐滤失性。Fe3O4/PNIPAM纳米粒子可以封堵滤饼中的纳米或微米孔隙,因此水基钻井液的滤失量明显降低,表明Fe3O4/PNIPAM纳米粒子是有效的降滤失剂。