枝化和疏水改性聚丙烯酰胺的合成及其性能.pdf
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1、化学研究与应用第卷第卷第期年月化 学 研 究 与 应 用 ,文章编号:()枝化和疏水改性聚丙烯酰胺的合成及其性能郭光范,曹孟菁,张玉平(河北石油职业技术大学石油工程系,河北承德)摘要:以丙烯酰胺()、丙烯酰胺基甲基丙磺酸()、季戊四醇三丙烯酸酯()和丙烯酸异辛酯()合成了四元共聚物(),并对其反应条件进行优化。最佳制备条件:,反应温度为,引发剂加量为,单体总量为,加量为。并进行、溶液性能、黏弹性及驱油性能等测试。实验结果表明:最优条件下,浓度为 的溶液表观黏度为;在下,溶液黏度保留率为;在矿化度 下,溶液黏度保留率为;在矿化度 下,吴茵剪切后溶液黏度保留率为;通过黏弹性测试,溶液表现出好于的黏
2、弹性;通过室内驱油实验,与相比,采收率高。关键词:聚丙烯酰胺四元共聚物;溶液黏度;抗盐性能;抗剪切性能;驱油性能中图分类号:文献标志码:,(,):()(),(),()(),:,;,;,;,;,;,:;收稿日期:;修回日期:基金项目:承德市科技计划项目()资助联系人简介:郭光范(),男,博士,讲师,主要从事油田化学应用技术。: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 聚合物驱已经在部分海上油田进行推广应用,但大部分海上油田由于渗透率高、原油黏度高,地层水矿化度高(矿化度大于)等特点,现有的线型聚合物在注入过程中尤其是通过射孔孔眼高速剪切后,黏度损失率较高,限定了现有的线型聚合物驱油
3、剂在海上油田应用的范围。为了改善线型聚合物驱油剂的缺点,通过调研发现支化聚合物、星形聚合物以及树枝状聚合物由于其特殊的结构,在抗温抗剪切方面得到广泛关注,另外在聚合物分子链上引入磺酸盐类单体和疏水基团可以显著提高聚合物的抗盐性和增黏性。戴珊珊等人借鉴博士的合成方法,以丙烯酰胺和丙烯酸甲酯为主链引入树枝状大分子聚酰胺胺()作为侧链的新型聚合物,表现出良好的增黏能力,抗温抗盐能力;蒲万芬等人采用改性功能单体为反应核制备了超支化疏水缔合聚合物,表现出优于梳形抗盐聚合物()溶液性能,表现出较好的抗剪切性,。以上聚合物在合成过程中合成工艺复杂,成本较高,很难在驱油用聚合物中得到广泛应用。本文采用季戊四醇
4、三丙烯酸酯()为枝化基,引入丙烯酰胺单体(),丙烯酰胺基甲基丙磺酸()和疏水单体丙烯酸异辛酯()合成出一种的聚丙烯酰胺类四元共聚物驱油剂。并对驱油剂的溶液性能及驱油性能进行评价。实验部分 主要药品与仪器、()、十二烷基硫酸钠()、无水乙醇(以上为分析纯,承德福鑫化工贸易有限公司);(实验室自制);三层非均质方岩心(),气测渗透率分别为、:自制;模拟油:在下黏度左右。傅立叶变换红外光谱仪:美国尼高力公司;黏度计:上海力辰邦西仪器科技有限公司;流变仪测:赛默飞世尔科技有限公司。共聚物合成方法在装有蒸馏水的反应器中,加入一定量的、单体,搅拌溶解,采用溶液调节,缓慢加入适量的,然后加入一定量的和,使两
5、种单体完全分散在水中,充氮排氧一段时间后,加入一定量的引发剂(),在一定温度和氮气保护下反应。取出所制得的聚合物胶块,在无水乙醇溶液中进行提纯和切块,在真空和条件下烘干粉碎。为了表述方便,将所合成的聚合物采用表示。其可能的结构式见图。在相同条件下合成部分水解聚丙烯酰胺。聚合物溶液性能评价合成条件优化:采用黏度计,测试浓度为 的溶液表观黏度,通过单因素优化制备条件。测试温度:。在没有特殊条件情况下,黏度测试温度为。增黏性:将和,采用蒸馏水,配制成 的聚合物溶液,评价两种聚合物的增黏能力。抗温性:将和,采用蒸馏水,配制成待测的聚合物溶液,评价两种聚合物的表观黏度随温度的变化关系。抗盐性:将和,采用
6、 复合盐水(与质量比为:)配制成聚合物溶液,评价两种聚合物的表观黏度随矿化度的变化关系。抗剪切性:将和,采用蒸馏水和复合盐水配制成聚合物溶液,采用吴茵搅拌器在 转速下剪切两种聚合物溶液,评价两种聚合物溶液的抗剪切性。黏弹性:将和,采用蒸馏水,配制成浓度为 的聚合物溶液,在剪切应力 条件下,评价两种聚合物的模量随频率的变化关系。驱油性能:采用 复合盐水配成浓度为 和溶液,用搅拌器在 转速下剪切聚合物,备用。化学研究与应用第卷聚驱具体实验步骤:()在恒温条件下,首先采用复合盐水(矿化度为)驱替饱和原油的岩心,当岩心含水率连续个点达到时,停止水驱;进行聚合物驱,注入量为;转入后续水驱,当岩心含水率连
7、续个点达到时,停止水驱。()以同等的条件进行水驱实验。图 可能的结构式 结果与讨论 合成条件的优化 单体加量的影响单体总浓度(),引发剂加量(以单体总量计),加量(以单体总量计),反应温度条件下,和加量对溶液表观黏度的影响,见表。由表可知,溶液的表观黏度随着加量的增加而增加;继续增加的加量出现只溶胀不溶解的现象。适度的交联有助于聚合物增黏,但交联过大,聚合物分子向体型分子结构发展,造成聚合物只溶胀不溶解的现象。当加量增加,溶液的表观黏度先增加后降低。适量增加聚合物分子链节中的疏水基团,有助于聚合物分子与分子之间的缔合作用,形成三维空间网状结构,有助于聚合物的增黏性。但疏水单体加量过大会导致聚合
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