烷基糖苷與蒙脫土相互作用的研究.pdf

1、烷基糖苷作為鉆井液最早在1994年墨西哥灣中使用并取得重大成功，之后在1995年的IADC/SPE鉆井會(huì)議上正式報(bào)導(dǎo)了現(xiàn)場應(yīng)用情況，自此烷基糖苷用于鉆井液便受到了人們的廣泛關(guān)注。在本文的工作中，主要包括了甲基葡萄糖苷(Methylglycosides，MEG)和乙二醇葡萄糖苷(Ethylene glycol glycosides，ETG)的工業(yè)合成。利用 pH 值法測試了不同添加劑對(duì)糖苷的高溫穩(wěn)定作用。研究了MEG和ETG在鈣基和鈉基蒙

2、脫土上的吸附，及其與蒙脫土的作用機(jī)理。最后利用線性膨脹法和粒度分布法評(píng)價(jià)了MEG和ETG對(duì)粘土的抑制作用。得到主要結(jié)論如下： 1．使用了斐林試劑法測定還原糖含量的方法來確定甲苷以及乙二苷的轉(zhuǎn)化率。 (1)使用淀粉和甲醇在催化劑的作用下合成了甲苷，通過正交實(shí)驗(yàn)得到了 甲苷的最佳合成條件：n (淀粉)：n (甲醇)=1：25.5，反應(yīng)溫度為135℃，催化劑用量為3％，反應(yīng)時(shí)間為2 h。實(shí)驗(yàn)得到的甲苷為白色顆粒狀晶

3、體。(2) 使用葡萄糖和乙二醇在磷酸的作用下合成了乙二苷，并通過正交實(shí)驗(yàn)得到了 最佳反應(yīng)條件：n(葡萄糖)：n (乙二醇)=1：7，反應(yīng)溫度為120℃，催化 劑用量為2％，反應(yīng)時(shí)間為2 h，最后得到的乙二苷為硬脆的琥珀色固體。 (3)并通過測試不同添加劑的作用，最后得出，乙醇胺是一種適合作為糖苷 高溫穩(wěn)定劑的添加劑。 2．研究了MEG在蒙脫土上的吸附。我們發(fā)現(xiàn)：(1)MEG在蒙脫土上的吸附等 溫線

4、符合LⅢ型吸附等溫線，我們分別利用隨著MEG濃度增大，MEG吸附 量也不斷增大，等溫線很好的符合Freundich等溫線方程，屬于多層吸附：(2) 由于鈉基蒙脫土在水中良好的分散性，提供了更多的孔隙和吸附點(diǎn)，因此 MEG在鈉基蒙脫土上的吸附量比鈣基蒙脫土大：(3)由于pH值影響到邊緣的Si-OH和AI-OH的帶電活性，因此酸性或堿性條件下有利于MEG的吸附：陽離子的加入由于吸附在蒙脫土中的負(fù)電荷上，占據(jù)了吸附點(diǎn)，因此不利于MEG的

5、吸附，并且陽離子電荷越高，占據(jù)的吸附點(diǎn)越多，越不利于MEG在蒙脫土上的吸附；由于MEG與蒙脫土之間的氫鍵弱相互作用，因此，隨著溫度的升高，MEG的吸附量呈現(xiàn)下降的趨勢。(4)通過FTIR、XRD和TGA等，證明了MEG不僅在粘土地表面發(fā)生吸附，而且通過置換、水化等作用也吸附在了蒙脫土的層間，取代了蒙脫土的層間水，破壞了蒙脫土的層間水化膜，起到了抑制粘土水化的作用。 3.研究了ETG在蒙脫土上的吸附。我們發(fā)現(xiàn)：(1)ETG在蒙脫土

6、上的吸附等溫線與MEG相似，都屬于LⅢ型吸附等溫線，隨著ETG濃度的增加，吸附量也不斷增加，等溫線很好的符合Freundich等溫線方程，屬于多層吸附。(2)與MEG類似，陽離子的加入由于占據(jù)了蒙脫土中的吸附點(diǎn)，因此不利于ETG 在蒙脫土上的吸附，并且隨著陽離子電荷的增加，占據(jù)的吸附點(diǎn)就越多，吸附量也就會(huì)越低。(3)通過FTIR、XRD和TGA證實(shí)了ETG和MEG一樣，也同樣通過置換和水化等作用進(jìn)入了蒙脫土的層間，取代了蒙脫土的層間水

7、，破壞了蒙脫土中的水化膜，抑制了粘土的水化膨脹。 4.利用線性膨脹、粒度分布法和透射電鏡評(píng)價(jià)了MEG和ETG的抑制性能。由于MEG和ETG能夠進(jìn)入蒙脫土的層間，占據(jù)了一定空間，因此從膨脹高度上無法評(píng)價(jià)MEG和ETG的抑制頁巖膨脹的性能，但是在另一個(gè)方面，我們可以看出MEG和ETG的存在，使得線性膨脹達(dá)到平衡所需要的時(shí)間變長，起到了延緩粘土膨脹的作用，體現(xiàn)出了MEG和ETG的抑制性。由于KCI 特殊的抑制性能，所以MEG和ETG

8、在KCI存在的情況下，表現(xiàn)出了更好的 抑制性。鑒于線性膨脹法的局限性，我們又利用粒度分布表征了MEG和ETG 抑制粘土擴(kuò)散的能力，利用這種方法，可以直觀的看出，MEG和ETG的加入，使得粘土顆粒的大小明顯得增大，很好的表現(xiàn)出了MEG和ETG的抑制粘土分散能力。另外KCI的加入能夠增大粘土顆粒的大小，因此極大的提高了MEG和ETG的抑制粘土分散的能力。從透射電鏡照片上觀察到結(jié)果非常 符合上面的結(jié)果。并且從線性膨脹和粒度分布效果上看，