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2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(简称AMPS)是一种现代最新工业化的磺酸系含烯基的强酸型水溶性阴离子单体,具有稳定的化学结构,其聚合物是当前水处理阻垢分解剂中阻止磷酸钙、碳酸钙、锌盐、铁、粘泥最好的分散剂。它极易自聚或与其他烯基单体共聚,具有非常好的降失水性。石油工业上作为油田钻井、固井完井和修井等多种作业中需要添加的化学品助剂之一,用以保证开采石油过程中井壁的稳定,减少有害液体向地层滤失以及保护油气层。 根据油井水泥降滤失剂在石油勘探开发事业的发展,以及钻井工程中对聚合物性能较高的要求,本文首先进行了分子结构设计,通过选择合适的聚合单体、聚合方法和引发体系合成二元聚合物,同时主要对AMPS与丙烯酰胺类化合物聚合的产物进行了深入研究,系统分析了不同单体与AMPS聚合形成的共聚物的结构特性,并探讨了丙烯酰胺系列二元共聚物的结构对降滤失剂性能的综合影响规律。具体合成方法如下:采用水溶液聚合方法,以过硫酸铵和亚硫酸氢钠为引发剂以化合物AMPS为主要单体,分别与N,N-2-甲基丙烯酰胺(DMAM)、丙烯酰胺(AM)、N,N-2-乙基丙烯酰胺(DEAM)反应,在低温下反应合成了AMPS/DMAM,AMPS/AM,AMPS/DEAM二元共聚物。 在本实验的反应过程中,通过改变反应单体的配比、反应时间、反应温度、pH值等因素来制备合成一系列水溶性的AMPS共聚物。通过红外光谱分析(FTIR),热失重分析(TGA),核磁共振(NMR)来确定聚合物的结构,并验证实验的成功与否进行。同时对AMPS聚合物的性能进行了测试和评价,以共聚物的表观粘度、流动性和API滤失量做为判断其性能优劣的主要标准。通过研究粉剂聚合物加量、抗高温高压性能(HPHT)、抗盐性能等因素对水泥浆性能的影响,确定聚合物的最优合成方案。 实验最终结果表明:当单体AMPS:DMAA摩尔比为3:2,引发剂NaHSO3的浓度为0.05g/ml,(NH4)2S2O8的浓度为0.1g/ml,同时这两种引发剂摩尔比为1:1,反应温度为60℃,反应时间1.5h以及pH值为10.3,所得聚合物的性能达到最优。此时,该聚合物具有良好的抗温抗盐性能,其耐温性通过TGA结果显示可达到320℃左右;当温度为52℃,聚合物的加量为0.8%时,API失水量和稠化时间都已经可以控制在固井工程所需的范围,分别为42mL和150 mins,满足了固井工程的需要。