耐245℃超高温压裂液稠化剂的制备与性能分析

采用主链基团AM、强水解基团AA、杂原子耐温型基团AMPS、梯型聚合物单体NVP和大位阻基团DMAM,通过水溶液聚合,合成了耐温245℃以上的新型AM/DMAM/AMPS/AA/NVP五元聚合物压裂液稠化剂,考察了单体浓度、聚合pH、引发剂用量和聚合温度对反应后胶块性质的影响,通过高温流变仪分析其耐温耐剪切性质。结果表明,优化的AM/DMAM/AMPS/AA/NVP五元聚合物稠化剂合成条件为:聚合单体水溶液浓度为30%,聚合pH为8,引发剂(NH_4)_2S_2O_8和NaHSO_4比例为1∶1,引发剂占单体总质量为0.2%,聚合温度为10～20℃,反应时间8 h。五元聚合物适合作为耐245℃超高温压裂液体系的稠化剂使用。     

反相悬浮聚合制备阳离子聚丙烯酰胺

以丙烯酰胺(AM)和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)为单体,以过硫酸铵[(NH_4)_2S_2O_8]/亚硫酸氢钠(NaHSO_3)/偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐(VA-044)为复合引发剂,采用反相悬浮聚合法制备阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)。系统研究了引发剂的用量、分散剂的种类和用量、搅拌速度以及m(油):m(水)对CPAM的黏均分子质量和单体转化率的影响。得出较佳反应条件为引发剂w(VA-044)=40×10~(-6)、w[(NH_4)_2S_2O_8/(NaHSO_3)]=60×10~(-6),分散剂为Span60/Span80[m(Span60):m(Span80)=1:1],m(Span60/Span80):m(环己烷)=3∶97,m(油):m(水)=1.5:1,转速300r/min,制备出黏均分子质量为1 050×10~4 g/mol、单体转化率97.5%的CPAM。FTIR、~1H NMR、热重分析表征所合成的聚合物为CPAM,并具有良好的热稳定性、较佳的助留助滤效果。     

分子模拟在疏水缔合减阻剂合成中的应用

采用分子模拟软件Materials Studio 2017 R2,分别构建不同侧链烷基数的疏水缔合单体与丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)聚合,建立聚合物与水分子的混合图层,进行分子动力学模拟,计算不同聚合物在水中的均方根末端距、回旋半径。从模拟结果来看,含十六烷基二甲基烯丙基氯化铵(C_(16)-DMAAC)单体的聚合物分子链尺寸更舒展、具有更大的流体力学尺寸,会产生更好的减阻效果。利用AM、AMPS、C_(16)DMAAC通过反向乳液聚合法在室内合成了疏水缔合减阻剂P(AM/C_(16)-DMAAC/AMPS),对其进行红外分析和粒径分析。利用流体流动阻力测试仪测定不同减阻聚合物的减阻率,由C_(16)DMAAC聚合的减阻剂减阻率可达到70%以上,减阻效果最好,且与模拟结果一致。     

AM/APO/AMPS的合成及其应用研究

以丙烯酰胺(AM)、烯烷基酚聚氧乙烯醚(APO)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料合成了T型聚丙烯酰胺,其中Span80、Op-10为复合乳化剂,液体石蜡为连续相,制备稳定的反相乳液聚合体系;K_2S_2O_8、NaHSO_3为氧化还原引发剂。其最佳合成条件为:n_(AM)∶n_(功能单体)=10∶1,n_(APO)∶n_(AMPS)=1∶1,引发剂用量(质量分数,相对于单体)0.10%,反应温度45℃,反应时间8h。通过红外光谱(IR)对其结构迚行表征,用黏度法对分子量迚行了测定,分子量为7.9×10~6。通过SEM和冷冻干燥图对其形貌迚行研究,结果表示,当聚合物浓度为800mg·L~(-1),分散的聚集体已经开始形成具有T型的聚合状态。同时考察了T型聚丙烯酰胺的临界缔合浓度、耐温性、抗盐性、恒剪速黏度、黏弹性及吸附性等性质,研究显示AM/APO/AMPS聚合物具有优越的应用性能,可以明显提高原油采收率。     

反相乳液聚合法制备耐温抗盐丙烯酰胺聚合物

采用反相乳液聚合法,以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)为单体,煤油为油相,司班-80和吐温-60为乳化剂,过硫酸钾和亚硫酸氢钠为引发剂制备共聚物。考察单体质量比、引发剂用量、反应温度、乳化剂用量、油水比对共聚物特性粘数的影响。红外光谱仪表征共聚物结构,Brookfield粘度计测定聚合物耐温性和抗盐性。结果表明,当单体质量比AM∶AMPS∶NVP为1∶0.2∶0.025,引发剂总用量为单体总重量的2%,反应温度为40℃,乳化剂总浓度为0.1 g/mL,油水比为1∶1时,共聚物特性粘数最大为936 mL/g,且有较好的耐温抗盐性。     

高分子量乳液型减阻剂的合成及评价

采用反相乳液聚合方法制备了一种用于滑溜水压裂液的高分子量乳液型减阻剂。考察了复合乳化剂对乳液减阻剂稳定性的影响,研究了乳化剂含量、聚合温度和引发剂浓度对减阻剂分子量的影响,分析了减阻剂的分子结构、乳液粒径大小分布和减阻效率。实验结果表明:m(Span80)∶m(Tween80)∶m(OP-10)=20∶2∶1时乳液最为稳定;在18℃、乳化剂在油相中质量分数为15%、引发剂质量为单体质量的0.015%时,得到分子量达1.8×107g/mol的稳定乳液型减阻剂。在清水中加入0.05%的减阻剂,减阻率高达62.8%。     

基于单电子转移活性自由基聚合制备星形丙烯酰胺三元共聚物

采用单电子转移活性自由基聚合(SET-LRP)方法,以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为单体原料,Cu0粉为催化剂,四氯化碳(CCl4)为引发剂,三(2-二甲氨基乙基)胺(Me6-TREN)为配体,在水溶液中实现了星形三元共聚物P(AM-AMPS-NVP)的合成。通过IR与13 C-NMR分析,证明所得聚合物是目标产物。通过系列实验,考察了催化剂用量、引发剂用量、配体用量及w(单体)和单体物质的量比对三元共聚物P(AM-AMPS-NVP)聚合反应的影响。结果表明,得到共聚物的最佳制备条件为引发温度25.0℃,单体n(AM)∶n(AMPS)∶n(NVP)=8.5∶1∶0.5,反应物溶液中w(单体)=25%,引发剂w(CCl4)=0.082%、催化剂w(Cu0)=0.019 0%、配体w(Me6-TREN)=0.073%时,所得聚合物产品相对分子质量最高,达到227万。     

DMDAAC-AM-MA反相微乳液聚合体系的制备与优化

以二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、丙烯酰胺(AM)和顺丁烯二酸(MA)为乳化单体,正丁醇为助乳化剂,聚氧乙烯辛基苯酚醚-10(Triton X-10)、失水山梨醇油酸酯(Span 80)和聚氧乙烯山梨醇酐硬脂酸酯(Tween 60)为乳化剂,液体石蜡、异辛烷和环己烷为有机溶剂,进行体系增溶实验。采用电导法和染料法研究了单体总质量浓度、AM摩尔分数、阴阳离子单体配比、乳化剂质量分数、助乳化剂与复合乳化剂质量比等对微乳液体系最小乳化剂用量(Smin)和最大增溶水量的影响。结果表明,异辛烷与Span80/Tween60复合乳化剂组成的乳化体系增溶性较好;当单体总质量浓度为40%、n(AM)∶n(MA)∶n(DMDAAC)=6∶2∶2、亲水亲油平衡值(HLB值)为11.30、w(复合乳化剂)=33%和m(助乳化剂)∶m(复合乳化剂)=1∶7时,所形成的反相微乳液增溶水量大、乳化剂用量少且稳定性强。     

乳化剂对AM/AMPS反相乳液性能影响研究

研究了Span80/Tween80、Span80/M-9、Span85/Tween85、Span80/OP-10、Span85/Tween80、M-3、Span85/M-9、Span85/OP-10八种非离子乳化剂复配体系对AM/AMPS反相乳液电导率、油水界面张力、乳液稳定指数、乳液微观结构等的影响。结果表明,适合AM/AMPS反相乳液体系的乳化剂为Span80/OP-10。     

反相乳液聚合制备阳离子型高分子絮凝剂P(DMC-AM)

以丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为共聚单体,石蜡为连续相,Span80和OP10为复合型乳化剂,通过反相乳液聚合制备高分子阳离子共聚物P(DMC-AM),研究了引发剂用量、乳化剂用量、单体质量分数、油水质量比以及聚合体系pH值等聚合条件对聚合物相对分子质量的影响.最佳工艺条件为:引发剂V-50用量为1.4‰、乳化剂用量为6%,EDTA-2Na用量为1.0‰、亲水亲油平衡值为6、单体质量分数为40%、单体配比为n(DMC):n(AM)=5:95,油水质量比为1.1:1.0,pH值为5、反应温度为50℃及反应时间为4 h.在上述条件下,所得产物的相对分子质量可达589×10~4.并通过FT-IR和DSC-TGA对产物结构和热稳定性进行表征.     

一种抗温抗盐稠化剂的研究

以AM(丙烯酰胺)、AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)和NVP(N-乙烯基吡咯烷酮)为单体,APS(过硫酸铵)/亚硫酸氢钠为氧化还原型引发剂,采用水溶液聚合法合成了一种三元聚合物基稠化剂。着重探讨了反应单体配比、单体浓度、引发剂掺量、反应温度和反应时间等对产物性能的影响。研究结果表明:该三元聚合物具有良好的增稠性、耐热性和耐盐性,其最佳合成条件是m(AM)∶m(AMPS)∶m(NVP)=7.3∶2.0∶0.7、单体浓度为30%、w(氧化还原型引发剂)=0.2%(相对于单体总质量而言)、反应温度为45℃、反应时间为4 h、m(APS)∶m(亚硫酸氢钠)=1∶1和体系pH=7。     

反相微乳聚合制备聚合物纳米粒子

采用正辛烷做连续相,以Span80和Tween60为复合乳化剂,过硫酸铵-亚硫酸氢钠为氧化还原引发剂体系,通过反相微乳聚合制备丙烯酰胺-丙烯酸钠纳米粒子.研究了乳化剂、单体、引发剂配比及用量和温度等因素对聚合的影响.在反应温度为30 ℃,乳化剂浓度为油相质量的12 %～14 %,单体浓度为水相质量的35 %～40 %,引发剂浓度为单体质量的0.05 %～0.07 %时,得到稳定透明的微乳液.经扫描及透射电镜分析,所得共聚物的粒径为40～60 nm之间,粒子均匀分布的规则球形.     

反相乳液聚合合成聚丙烯酰胺

以甲苯为介质,Span80/Span20为乳化剂,叔丁基过氧化氢/亚硫酸氢钠氧化还原体系为引发剂,采用反相乳液聚合制备了分子量高达9.4×106的聚丙烯酰胺乳液。研究了乳化剂种类及用量、引发剂种类及用量、油水比、单体浓度,反应温度对共聚物相对分子量、聚合转化率以及聚合反应速率的影响。其最佳聚合配方及工艺条件为:油水体积比为1.4,单体浓度30%,引发剂用量0.003%,乳化剂用量12%,聚合温度30℃。     

一种聚合物微球的合成

以环己烷为连续相,Span60为乳化剂,过硫酸钾为引发剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,合成了深部调驱用聚合物微球。以聚合物微的膨胀倍率指标,考察了反相乳液聚合体系稳定性的影响因素和深部调驱聚合物微球基本性能的影响因素,结果表明,当油水比为1∶1、乳化剂用量>4.5%(相对油相)、聚合温度为60℃,搅拌速度>600 r/min时,体系稳定性好、产物成粒性好;合成深部调驱有机颗粒的最佳配比:丙烯酰胺为60 g/L,丙烯酸为8 g/L,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为5.5 g/L,它们之间的比例为AM∶AA∶AMPS=120∶16∶11,交联剂加量为0.3 g/L,引发剂加量为0.4 g/L,约为单体总量的5.4‰。产物为稳定均一的聚合物微球,初始粒径在475.5⁵25.0 nm,水化膨胀24 h后,平均粒径为1 100 nm。     

一种聚合物微球的合成

以环己烷为连续相,Span60为乳化剂,过硫酸钾为引发剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,合成了深部调驱用聚合物微球。以聚合物微的膨胀倍率指标,考察了反相乳液聚合体系稳定性的影响因素和深部调驱聚合物微球基本性能的影响因素,结果表明,当油水比为1∶1、乳化剂用量4.5%(相对油相)、聚合温度为60℃,搅拌速度600 r/min时,体系稳定性好、产物成粒性好;合成深部调驱有机颗粒的最佳配比:丙烯酰胺为60 g/L,丙烯酸为8 g/L,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为5.5 g/L,它们之间的比例为AM∶AA∶AMPS=120∶16∶11,交联剂加量为0.3 g/L,引发剂加量为0.4 g/L,约为单体总量的5.4‰。产物为稳定均一的聚合物微球,初始粒径在475.5~525.0 nm,水化膨胀24 h后,平均粒径为1 100 nm。     

丙烯酰胺与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵反相乳液聚合动力学

以丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为单体,失水山梨糖醇脂肪酸酯(Span 80)和失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚(Tween 80)为乳化剂,液体石蜡为油相,2,2′-偶氮二异丙基咪唑啉二盐酸盐(VA-044)为引发剂,研究AM与DMC反相乳液聚合动力学,反相乳液聚合速率方程为Rp=k[M]2.12[I]0.55[E]0.65,AM与DMC反相乳液聚合表观活化能为80.65 k J·mol-1。通过反相乳液聚合速率随时间的变化关系得出其成核机理倾向于单体液滴成核。用Fireman-Ross法研究了共聚单体竞聚率,分别为r AM=0.23、r DMC=1.93,AM与DMC在聚合物链上发生无规共聚反应。单体量增大、引发剂量减少、乳化剂量增大、聚合温度降低均使共聚产物的特性黏数增大。     

无固相钻井液提切剂的制备研究

选用丙烯酰胺(AM),2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸(AMPS),阳离子单体作为原料,采用水溶液聚合方法,在过硫酸铵与亚硫酸氢钠组成的氧化-还原引发体系下进行自由基聚合,合成一种适用于无固相钻井液的增粘提切剂。由单因素法确定了最佳反应条件:单体的质量占反应体系质量的30%,且质量配比为AM∶AMPS∶阳离子单体=8∶3∶1,反应体系p H值为7,引发剂用量占单体质量的0.5%,反应温度45℃,持续反应4 h以上得到目标产物,并对产物进行红外表征和相对分子量的测定。     

AM/AMPS/SSS三元反相乳液聚合体系稳定性研究

以丙烯酰胺(AM)为主单体、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AMPS)、对苯乙烯磺酸钠(SSS)为抗温抗盐单体,以白油为连续相,Span 80/Tween 80为复合乳化剂,制得了AM/AMPS/SSS三元反相乳液聚合体系,考察了HLB值、乳化剂浓度、油水比、pH值、搅拌时间、搅拌速度对乳液稳定性的影响。结果表明,乳化剂含量为6%～7%(体系总量),HLB值为5.89,体系pH=8,油水体积比为1.8∶1,搅拌时间30～40 min,搅拌速度为500 r/min时得到稳定的反相乳液体系,适合进行三元反相乳液聚合。     

反相乳液聚合法合成梳型聚丙烯酰胺及其性能研究

采用Williamson醚合成法合成了耐温抗盐功能单体烷基酚聚氧乙烯醚(VO1),采用薄层色谱法和柱色谱法进行分离提纯;通过FTIR和¹H NMR对其分子结构进行了表征。以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)为主要原料,引入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和耐温抗盐功能单体VO1,以Span80、OP-10为复合乳化剂,液体石蜡为连续相,制备稳定的反相乳液聚合体系,以K_2S_2O_8、Na HSO_3为氧化还原引发剂,合成具有梳型结构的聚丙烯酰胺。通过FTIR对梳型聚合物的分子结构进行了表征,并对其耐温、抗盐性能进行了评价。结果表明,反应的最佳条件为w(AMPS)=10%,w(VO1)=3%,溶液p H值=8,反应温度35℃,聚合产率达到86%,相对分子质量为9.6×101H NMR对其分子结构进行了表征。以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)为主要原料,引入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和耐温抗盐功能单体VO1,以Span80、OP-10为复合乳化剂,液体石蜡为连续相,制备稳定的反相乳液聚合体系,以K_2S_2O_8、Na HSO_3为氧化还原引发剂,合成具有梳型结构的聚丙烯酰胺。通过FTIR对梳型聚合物的分子结构进行了表征,并对其耐温、抗盐性能进行了评价。结果表明,反应的最佳条件为w(AMPS)=10%,w(VO1)=3%,溶液p H值=8,反应温度35℃,聚合产率达到86%,相对分子质量为9.6×10⁶。该梳型聚丙烯酰胺比部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)具有更优异的耐温、抗盐性能。     

抗温抗盐凝胶堵水剂的研制及评价

以丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(SAMPS)为原料,过硫酸铵为引发剂,通过水溶液聚合制备了凝胶堵水剂。利用单因素试验考察了单体用量、单体配比、引发剂用量、聚合温度等对堵水效果的影响,确定了最佳制备条件:单体用量15%,单体配比为n_(AM)∶n_(SAMPS)∶n_(AA)=2∶1∶1,引发剂用量为1.7%,聚合反应温度为50℃。该凝胶堵水剂抗温抗盐性能良好。