驱油用聚丙烯酰胺性质评价及应用研究
大庆油田聚合物驱油所应用的聚合物产品主要为部分水解聚丙烯酰胺 HPAM。一般认为，聚丙烯酰胺可起到了调解注入水的流变性、增加驱动液粘 度、改善水驱波及效率等重要作用。但是，由于介质孔隙等地质条件和地下 水中离子成分与含量的差异，对聚丙烯酰胺的分子形态、分子量等提出了不 同要求。聚丙烯酰胺产品综合性能的好坏将直接影响聚合物驱的技术经济效 果。 完全沿用常规聚合物的十一项理化性能指标评价方法已经不能有效鉴 别和准确评价各种聚合物产品对大庆油田的适用性。 由于超高分子量抗盐聚合物和中低分子量抗盐聚合物等新型聚合物均 在分子链上引入了功能基团，与常规聚合物比较，其溶液性质出现了显著变 化。导致常规检测方法的准确度下降、适应性变差。本项目主要目的在于通 过静态光散射研究建立聚丙烯酰胺（PAM）与水解聚丙烯酰胺（HPAM）分子 量测试的绝对方法，在此基础上研究溶液离子微环境、矿场实际环境等对聚 丙烯酰胺的分子尺寸的影响以及 GPC-光散射联机检测聚合物分子量分布的 可行性，并研究不同结构的聚合物水溶液的相关性质。主要内容包括：光散 射实验条件的确定及对粘度法测试结果的评价；溶液中离子浓度对分子尺 寸、第二 Virial 系数的影响；聚合物溶液的Θ条件探索；GPC-光散射联用 对注入与采出液中聚合物分子量分布的评价。中低分子量聚丙烯酰胺的过滤 因子大都满足原标准的指标，故对其不做调整。对于超高分子量聚丙烯酰胺 过滤因子指标做适当防宽，根据研究结果，我们认为将聚合物分子量在 1600—1900 万之间的过滤因子放宽到 3.0 为宜，对于分子量大于 1900 万的 暂不做规定。 针对不同时期，不同类型（包括疏水缔合聚合物、超高分子量抗盐聚合 物、中低分子量抗盐聚合物等）的新型耐盐聚合物产品开展了固含量、剪切 47 WP=53 吉林大学硕士论文 驱油用聚丙烯酰胺性质评价及应用研究 粘度保留率等十一项理化性能指标评价，并与大庆中分子量聚合物进行了性 能对比并初步拟订了一套驱油用新型耐盐聚合物性能指标要求及检测方法。 结合红外、质谱、色谱、光散射等先进技术，首先对各种聚合物的结构 组成进行定性分析，找出结构组成变化对溶液性质的影响规律。然后，根据 实际需要研究并提出准确度高，适用范围宽的检测方法。 通过对不同聚合物包括理化性能、耐盐性、抗剪切性、稳定性、阻力系 数和残余阻力系数、岩心驱油实验效果等在内的室内综合评价。筛选出了几 种适合于污水配制聚合物驱油的新型聚合物产品。优选出的耐盐聚合物表现 出了较好的理化
性能、抗盐性、抗剪切性、粘弹性、稳定性和室内较好的驱 油实验效果。 超高分子量抗盐聚合物分子在清水和污水中都具有网状结构，用其配制 的聚合物溶液具有良好的粘弹性和较高的驱油效果，表明网状分子结构有利 于改善聚合物溶液的粘弹性。 缔合聚合物与中分子量聚合物不同，其分子在水溶液中溶解并均匀分散 后，其体系粘度并不象中分子量聚合物体系粘度那样很快趋于恒定，而是随 着时间的延长而逐渐升高，原因是分子间的逐步缔合需要一定的时间。 为了更好的利用污水和高钙镁清水配制中低分子量抗盐聚合物，改善中 低渗透层的聚合物驱油效果，开展了包括理化性能、污水体系增粘性，流动 性能，岩心驱油效果，流变性及粘弹性在内的室内综合性能研究工作，初步 筛选出了 2 种小型现场试验试注产品 目前，驱油用聚合物的性能指标较多，要准确区分哪些特性有利于实际 驱油。首先，对不同聚合物应开展综合性能评价，评价环境条件应尽量与现 场保持一致、结合多段岩心全模拟驱油实验结果，对不同聚合物产品提出主 要特性指标和辅助特性指标。其次，选择地质条件接近的单井和井组注入不 同聚合物，结合现场应用效果进一步验证不同特性指标对实际驱油效果的影 响程度。 48 WP=54 吉林大学硕士论文 驱油用聚丙烯酰胺性质评价及应用研究 总之在尚未建立统一和有效的综合性能评价方法之前，对新型聚合物的 定性研究应以驱油性能（驱油效果、流动性及分流转向性、与油层配伍性） 为主。
聚丙烯酰胺（PAM）及其衍生物已被应用于采油、水处理、造纸、选矿等领域，是一类用途广泛的水溶性高分子，可作为造纸用助剂、粘合剂、皮革复鞣剂、絮凝剂以及降滤失剂等。加入交联剂的PAM类聚合物具有优异的溶胀性、保水性、吸水性等性能，可作为“尿不湿”材料、土壤保水剂、油田堵水剂。因此本文的研究有很好的实用价值和广阔的应用前景。 本文研究合成核壳型结构聚丙烯酰胺类聚合物，核壳结构的PAM衍生物比普通的PAM衍生物有更优异的性能。本文通过对单体、乳化体系、引发体系、温度等影响因素的调节，调控聚合物乳液稳定性和单体转化率，并通过透射电镜（TEM）和扫描电镜(SEM)表征聚合物微球的形貌；同时论文中还对PAM衍生物的红外光谱、固含量、水解度、特性粘数、溶胀性、吸水倍率、玻璃化温度（Tg）、封堵性能等进行了测定。 以丙烯酰胺为主体，加入交联剂，采用反相乳液聚合法合成聚丙烯酰胺（PAM）类聚合物。首先讨论了得到稳定聚合物乳液的最佳条件，包括反应温度、升温方式、油水相分散
方式、乳化剂种类及用量等。然后采用单因素实验法考察了引发剂用量、丙烯酰胺用量、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸用量、交联剂用量等对单体转化率及聚合物微球的溶胀性的影响，确定了聚合物乳液聚合的最佳工艺条件。最后通过最佳条件的平行实验验证该最佳实验条件，其单体转化率维持在90%以上。并测定了所得聚合物微球的红外光谱、吸水倍率、固含量、水解度等。在此基础上，在单体中加入可溶性淀粉对聚合物微球进行改性，通过四因素三水平正交实验对聚合物的单体转化率、固含量、水解度、封堵性能等进行了探讨，获得了具有较好综合性能的淀粉改性的聚丙烯酰胺核壳微球，确定了淀粉改性的聚丙烯酰胺聚合的最佳工艺条件。 同时，以苯乙烯、丙烯酰胺为反应主体，油水相同时参加反应，同样采用反相乳液聚合法制备PAM聚合物微球。在第二章的基础上，采用单因素法对乳化剂种类和用量、补加乳化剂方式、油相引发剂的用量及加入方式、油相单体的加入时间及用量等进行了探讨，并通过五因素四水平正交实验法对聚合物的单体转化率、固含量、水解度、封堵性能等进行探讨，获得了具有很好综合性能即溶胀性、耐盐、耐温性较好的聚苯乙烯–聚丙烯酰胺核壳微球，确定了其聚合的最佳工艺条件。 以上研究为工业化生产和应用奠定基础。
该文采用分散聚合方法合成出新型的具有空间网状结构的交联兼疏水缔合型阳离子聚丙烯酰胺(CHACPAM)"水包水"乳液。通过单条件法考察了CHACPAM用量、搅拌速度、CHACPAM加入后的接触时间、浆料pH值以及电导率等因素对漂白阔叶浆助留助滤效果的影响。相同条件下,其对漂白阔叶浆的助留助滤效果优于商品化的CPAM,在pH中性至碱性范围以及高电导率下均可应用。HACPAM中的化学交联和疏水缔合使其具有网状交联结构,提高了其在高剪切力下的使用性能,分子间的疏水缔合作用使其在高电导率下仍能保持较好的助留助滤性能。
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