アクリルアミドをベースとした水溶性イオン液体コポリマーの合成と粘土懸濁液の凝集におけるそれらの特性の研究

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14177 (2023) この記事を引用

3 オルトメトリック

メトリクスの詳細

粘土鉱物層による吸水と膨潤を克服するには、有機ポリマーが原料として使用される水ベースの掘削液用の安定化添加剤を開発することが非常に重要です。 アクリルアミドコポリマーは凝集剤として作用し、モンモリロナイトなどの鉱物を分離する可能性があります。 この研究では、アクリルアミド両性体、アクリルアミド両性アニオン、およびアクリルアミド両性カチオンを含む 3 つの水溶性コポリマーが、フーリエ変換赤外分光法、核磁気共鳴、ゲル浸透クロマトグラフィー、示差走査熱量測定、熱重量分析、および微分熱重量分析技術。 これらのコポリマーは、モンモリロナイト粒子を含む水懸濁液を処理するための凝集剤として使用され、沈降体積測定、走査型電子顕微鏡分析、X 線回折分析、接触角測定などの一連の分析方法を使用して、モンモリロナイト粒子とモンモリロナイト粒子の関係を特定しました。抑制的なパフォーマンス。 モンモリロナイトプレートの凝集は、モンモリロナイトと合成されたコポリマーの間の静電引力に起因すると考えられました。 高分子量コポリマーは、水ベースの掘削液に対して優れた熱安定性と優れた凝集特性を提供します。 試験したコポリマーの中で、最も高い分子量を有するアクリルアミド-両性アニオンサンプルは、他のコポリマーと比較した場合、凝固剤として最高の性能を示しました。

掘削泥水は、水または油中のモンモリロナイト粒子の懸濁液で構成されており、掘削プロセスでは切り離せない部分です。 現在油田で使用されているほとんどの掘削泥水は水で配合されています1、2、3。 水ベースの掘削液を使用した掘削中の頁岩の水和は大きな問題です4。 凝集剤は、掘削中のモンモリロナイト頁岩の膨張を最小限に抑えるために不可欠です5。 合成凝集剤は、その効率と低コストにより、天然凝集剤よりも効果的です6。 研究により、凝集の効率と性質は、凝集剤の構造、分子量、電荷、投与量などのさまざまな要因によって影響されることが示されています。 たとえば、架橋が凝集の主なメカニズムであるシステムでは、その電荷に関係なく、高分子量の高分子電解質を使用することで凝集プロセスを大幅に強化できます7、8、9。 架橋メカニズムに加えて、凝集は電荷の中和、特にパッチメカニズムによっても発生する可能性があります。 このような場合には、通常、低分子量の高分子電解質が使用されます。 負に帯電した粘土の存在下でカチオン性高分子電解質を使用する場合、主な駆動力は静電引力です10。 いくつかの材料が潜在的なシェール抑制剤として研究されていますが、それらのほとんどは掘削時に劣化し、潜在的な用途を妨げます11。 凝集剤は通常、特定の温度範囲内で良好に機能します。 また、環境の pH は凝集剤の性能に大きな影響を与える可能性があります。 一部のポリマー凝集剤は、液体の塩分に対して顕著な感度を示します12、13。 流体の損失を防ぐために、水ベースの掘削流体にさまざまな水溶性ポリマーが使用されています。 高温は掘削流体処理剤の破損を引き起こします14。 したがって、耐熱性と環境に優しい凝集剤の設計が必要である15。 アクリルアミドコポリマーは、壁の不安定性や崩壊の問題を克服するための掘削流体添加剤として使用されます16。 多くの研究により、適切なモノマーと共重合したアクリルアミドは高い熱安定性を有することが示されています17。 ほとんどの凝集剤はアクリルアミドベースのポリマーであり、アニオン性、カチオン性、ノニオン性、または両性の形態で入手できます18。 モンモリロナイト粒子表面へのコポリマーの吸着は、一般にモノマーの官能基と電荷分布に依存します19、20、21。 アクリルアミドコポリマーとモンモリロナイトシートの間の相互作用は、静電引力によって発生します。 したがって、アクリルアミド共重合体鎖内の荷電官能基の種類が変化すると、モンモリロナイトとの相互作用も変化します22、23、24。 また、現在の世界の主な問題は、環境汚染の増加による真水の不足です。 凝集は廃水処理の効果的かつ経済的な方法です。 処理廃水には有機物や無機物を除去するために使用される凝集剤が数多くあります15、25、26。 これらの分散液の処理を怠ると、有害な影響が生じる可能性があり、貴重な水資源が浪費されるだけでなく、重大な環境問題を引き起こす可能性があります27。 ポリアクリルアミドとそのコポリマーは、水処理や汚泥脱水に広く使用されています。 凝集の効率は、使用する凝集剤の種類、分子量、水懸濁液中の濃度などの要因に影響されます。 凝集は、電荷の中和と架橋のメカニズムによって発生します。 凝集プロセスは、濁度が顕著に低下し、粒子の沈降が加速された場合に効果的で満足のいくものであると考えられます28、29、30、31。 現在の研究では、AA、DMAPS、AMPS、および DADMAC モノマーを含むコポリマーが調製され、水ベースの掘削流体の凝固剤添加剤として適用されています。 これらのコポリマーは、モンモリロナイト鉱物の水和膨潤を大幅に防ぐことができますが、その一方で、モンモリロナイト粒子との静電引力を生成することにより凝固を引き起こします。