【摘 要】
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当今生态环境保护形势日益严峻,对钻井液的环保性和安全性提出了更高的要求。因此,研究与开发高效的环保型钻井液已成为学术界与业界共同关注的重要课题,也是解决钻井液污染问题的根本途径。但目前已有环保型钻井液的性能仍不能完全满足环保要求和工程需要,其环保性、抑制性、降滤失性和抗温性仍有待提升。本文通过天然材料改性,研发了用于水基钻井液的环保型高效页岩抑制剂和降滤失剂,并探究了相应的作用机理。同时,以合成的
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当今生态环境保护形势日益严峻,对钻井液的环保性和安全性提出了更高的要求。因此,研究与开发高效的环保型钻井液已成为学术界与业界共同关注的重要课题,也是解决钻井液污染问题的根本途径。但目前已有环保型钻井液的性能仍不能完全满足环保要求和工程需要,其环保性、抑制性、降滤失性和抗温性仍有待提升。本文通过天然材料改性,研发了用于水基钻井液的环保型高效页岩抑制剂和降滤失剂,并探究了相应的作用机理。同时,以合成的两种处理剂为主剂,摒弃传统人工合成聚合物,配制了一种基于天然材料及其衍生物的环保型水基钻井液,并系统评价了该环保型水基钻井液的性能。为了研制环保型页岩抑制剂,首先通过室内实验对膨润土与明胶间的相互作用进行了研究,表明明胶具有作为抑制剂的潜力。随后,通过线性膨胀、滚动回收、抑制造浆和岩心浸泡实验对明胶的抑制效果进行测试,证明明胶具有一定的抑制效果,并对其作用机理进行了研究。为进一步提高明胶的抑制效果,通过对明胶进行阳离子改性,制备了新型抑制剂明胶季铵盐（GT）,并通过抑制性评价实验和微观结构表征分别对其抑制效果和作用机理进行了研究。结果表明,GT通过降低晶层间距、桥连包裹和疏水改性作用于膨润土,可抗温150°C,其抑制效果远好于明胶、氯化钾和聚醚胺。最后,仿照明胶分子结构,通过高温熔融聚合方法合成了四种聚氨基酸抑制剂,室内研究表明,聚精氨酸抑制效果较好,可与GT根据实际需求选用或复合使用。为了研制环保型降滤失剂,首先通过中压滤失实验评价了绿茶提取植物多酚TP在膨润土基浆中的降滤失效果,并通过微观结构分析对其降滤失机理进行了研究。结果表明,TP可抗温150°C,其降滤失效果优于常见的PAC（聚阴离子纤维素）、CMS（羧甲基淀粉）等处理剂。基于此,通过淀粉、多酚TP和木质素磺酸盐间的弱交联反应,进一步合成了一种更高效的复合降滤失剂SPL,并通过中压滤失实验和微观结构表征分别分析了其降滤失效果和作用机理。实验结果证明,SPL可通过分散和封堵作用实现良好的降滤失作用,效果优于SPNH（褐煤树脂）和SAAD（淀粉接枝共聚物）,且具有良好的抗温性和抗污染能力。为了研制环保型水基钻井液,以合成的两种处理剂为主剂,通过配方筛选和优化,建立了一种基于天然有机材料及其衍生物的环保型水基钻井液。室内研究表明,该钻井液具有良好的流变性、降滤失性、抑制性、抗污染性和环保性能,无毒易降解,使用该钻井液培养出的小麦植株亦符合绿色食品要求,该钻井液可尝试直接排放或抛洒。本文研发的处理剂和钻井液可尝试在环保要求严格的井区进行试用,也为建立完全“安全、高效、环保、经济”的钻井液技术提供了新思路。
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