核壳结构抗剪切驱油剂的合成及性能测试.pdf
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1、第期郭光范,等:枝化和疏水改性聚丙烯酰胺的合成及其性能第卷第期年月化 学 研 究 与 应 用 ,文章编号:()核壳结构抗剪切驱油剂的合成及性能测试曹孟菁,朱维耀,郭光范,杨金尧(承德石油高等专科学校石油工程系,河北承德;北京科技大学土木与资源工程学院,北京;承德石油高等专科学校化学工程系,河北承德)摘要:目前聚合物溶液作为驱油剂在注入过程中,由于受到高速剪切降解作用的影响,导致溶液粘度大幅下降,影响了聚合物溶液的性能。本文通过调控有机单体质量比,合成出了粘度可调控的核壳结构聚合物微球,采用、红外、粘度计等分析手段对合成的核壳结构聚合物微球进行表征,同时对其增粘性、抗剪切性、抗盐性和粘温性进行了
2、研究。表征结果显示,合成的核壳结构聚合物微球具有良好的分散性和均一性。实验结果表明,有机单体质量比为 时,合成的核壳结构聚合物微球具有良好的增粘性能。剪切速率从到,聚合物的粘度保留率均在以上。温度从上升到时,其聚合物粘度保留率最大可达,表现出良好的抗温能力。盐浓度为 时,合成出的核壳结构聚合物微球粘度保留率远高于非核壳结构聚合物微球溶液的粘度,表现出良好的抗盐能力。本产品具有良好的市场应用前景。关键词:核壳结构;抗剪切性;驱油剂;纳米二氧化硅;耐温性中图分类号:文献标志码:,(,;,;,):,收稿日期:;修回日期:基金项目:河北省高等学校科学技术研究项目()资助;承德市科学技术研究与发展计划项
3、目()资助联系人简介:杨金尧(),男,硕士,讲师,主要从事材料合成。:;曹孟菁(),女,讲师,博士,主要从事材料合成。:化学研究与应用第卷:;聚合物驱是我国关键的化学驱技术之一。聚丙烯酰胺及其衍生物因其良好的水溶性及增粘性能,是目前应用最为广泛的一类驱油剂。虽然聚丙烯酰胺具有较易合成、分子量可控、价格便宜、具有高的水溶液增粘性,但是其抗温抗盐性能和抗剪切性能并不能达到人们预期的效果,当聚合物溶液发生形变或流动时,其承受的剪切应力增大至足以使聚合物分子断裂时,聚合物将出现机械降解,这将导致聚合物的分子量及其溶液的表观粘度将急剧下降,从而严重影响最终的驱油效果,因此,如何最大限度地保持聚合物的粘度
4、,是聚合物驱油设计中需要解决的重要问题,它对提高聚合物驱油效率具有十分重要的意义。核壳型无机有机复合微球是一类具有双层或多层结构的纳米级或微米级复合材料,该核壳微球的壳层和核层分别由不同的成分构成,其中最内层是无机核,该层结构不仅赋予核壳微球良好的刚性,而且提高微球的抗温性、抗剪切性和抗冲击性。无机 复合微球是目前油田应用最广泛的一种驱油剂,然而当复合微球溶液流经近井地带以及在整个油层渗流过程中,当聚合物溶液发生形变或流动时,其承受的剪切应力增大溶液粘度大幅下降,且在高温高盐条件下,黏度损失率超过,不能满足现场要求。因此本文在丙烯酰胺单体()的基础上,引入具有较好的抗剪切能力的环状单体乙烯基吡
5、咯烷酮(),同时以纳米二氧化硅为核,丙烯酰胺()和乙烯基吡咯烷酮()为单体,采用蒸馏沉淀方法,通过调控有机单体不同的质量比合成出了不同粘度的核壳结构纳米 驱油剂,同时考察了其增粘性、抗剪切性、耐温抗盐性能,研究结果表明此聚合物具有抗剪切性能且耐温耐盐性均达到预期效果。实验部分 实验装置去离子水:(电阻大于);无水乙醇,;氨水,;正硅酸乙酯(),;乙腈,;丙烯酰胺(),;偶氮二异丁腈(),;乙烯基吡咯烷酮();氯化钠(),;氯化镁(),。旋转粘度计,;离心机,;搅拌器;自制滤砂管剪切性能评价装置;型透射电镜(,),所得样品的成分鉴定用傅里叶红外扫描仪(),(分辨率:测试范围:)来测试。纳米的合成
6、()基于前期工作,在常温常压下将 的无水乙醇、去离子水和 氨水混合加入到 锥形瓶中,磁力搅拌下,待反应液混合均匀后,快速加入 的正硅酸乙酯,反应液搅拌。()将上一步制备好的液体放到离心机中进行离心(转速 ),得到的白色物质用乙醇分散清洗,重复次,得到微球湿粉,再将粉末放置于 电热鼓风干燥箱中干燥,之后研磨至粉末状。()的合成()上一步制备好的无机粉末加入到乙腈溶剂中,根据两种有机单体占总质量的质量分数不同,称量和加入烧杯中进行实验(如表)。之后再加入单体质量,待其分散均匀后,将混合液加入三口烧瓶中加入磁子放入油浴锅中,加热至,待溶剂基本蒸干结束反应。()将上一步制备好的乳白色粘稠状物质,放到离
7、心机中进行离心(转速 ),用乙醇分散清洗,重复次,得到聚合物微球湿粉,再将粉末放置于 电热鼓风干燥箱中干燥,之后研磨至粉末状。性能测试 表观粘度测定将表合成出的聚合物粉末,分别配制 并用旋转粘度计测其粘度,表征结果具体数值如表。增粘性能根据表观粘度测定,选取粘度较好的和质量比为 的数据,条件下将、聚合物用去离子水配制质量浓度为 的聚合物母液,静置小时,然后分别采用去离子水及第期曹孟菁,等:核壳结构抗剪切驱油剂的合成及性能测试矿化水将聚合物溶液浓度依次稀释至 、,搅拌至溶解完全,测定聚合物溶液的粘度,以评价聚合物的增粘性能。抗剪切性能()根据表观粘度测定,选取粘度较好的和质量比为 的数据,用矿化
8、水配制、聚合物的浓度为 和 ,用搅拌器,在剪切速率为 、和 ,剪切条件下,对其粘度进行测试。()根据表观粘度测定,选取粘度较好的和质量比为 的数据,用矿化水配制、聚合物的浓度为,对其进行过滤砂管剪切实验,考察滤砂管剪切后复合微球溶液的黏度保留率。抗盐性能根据表观粘度测定,选取粘度较好的和质量比为 的数据,分别用的和溶液配制、聚合物,使其矿化度为 、和,在室温下使用旋转粘度计分别测试聚合物溶液的表观粘度。粘温关系根据表观粘度测定,选取粘度较好的和质量比为 的数据,将 的、聚合物溶液放置在油浴锅中分别加热至、,再将聚合物溶液用旋转粘度计测试其表观粘度。表各组分比例及粘度 ()()()()()()(
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