疏水缔合聚合物减阻剂的合成及流变性能研究

采用疏水单体FW-12(物质的量比2∶1的丙烯酸十八酯与甲基丙烯酸十六烷基酯混合物)与丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)聚合得到水溶性疏水缔合聚合物减阻剂FHAPAM。考察了聚合过程放热特点,找出含疏水基团时聚合反应热量变化基本规律,用流变仪测定了FHAPAM水溶液的流变性能;芘探针实验探究了溶液的极性及变化规律;室内减阻实验测试其减阻性能。结果表明:FHAPAM聚合温度受疏水单体摩尔分数影响较大,存在明显的平台区,FHAPAM水溶液受剪切作用表现出强触变性;溶液极性随疏水单体摩尔分数的增加而降低,且第一振动带与第三振动带强度比值I1/I3的比值存在突变点;FHAPAM耐温性强于普通聚丙烯酰胺(PAM);疏水单体摩尔分数不同,储能模量(G')、损耗模量(G″)均表现出特殊性。FHAPAM低浓度时,减阻性能优良,其展现出作为滑溜水压裂液良好的应用前景。     

疏水缔合聚合物减阻剂的合成及流变性能

采用疏水单体FW-12(物质的量比2∶1的丙烯酸十八酯与甲基丙烯酸十六烷基酯混合物)与丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)聚合得到水溶性疏水缔合聚合物减阻剂FHAPAM。考察了聚合过程放热特点,找出含疏水基团时聚合反应热量变化基本规律,用流变仪测定了FHAPAM水溶液的流变性能;芘探针实验探究了溶液的极性及变化规律;室内减阻实验测试其减阻性能。结果表明:FHAPAM聚合温度受疏水单体摩尔分数影响较大,存在明显的平台区,FHAPAM水溶液受剪切作用表现出强触变性;溶液极性随疏水单体摩尔分数的增加而降低,且第一振动带与第三振动带强度比值I1/I3的比值存在突变点;FHAPAM耐温性强于普通聚丙烯酰胺(PAM);疏水单体摩尔分数不同,储能模量(G')、损耗模量(G″)均表现出特殊性。FHAPAM低浓度时,减阻性能优良,其展现出作为滑溜水压裂液良好的应用前景。     

耐温疏水缔合聚合高分子制备及流变性能研究

以丙烯酰胺(AM)?2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料,引入长链疏水单体DAB和刚性疏水单体Ars,采用自由基水溶液聚合得到耐温型疏水缔合聚合高分子PAS,使用红外光谱仪和扫描电镜表征PAS分子结构并观察分子链的聚集状态,使用热重仪测试聚合高分子的耐热性,RS6000流变仪测试PAS的流变性能并与常规疏水缔...     

滑溜水压裂液减阻剂的合成影响因素研究

采用反向乳液法制备了P(AM/C_(12)-DMAAC/AMPS)聚合物减阻剂,以Span80和Tween60组成的复配体系作为聚合乳化剂,以(NH_4)_2S_2O_8-NaH SO_3组成的氧化还原体系作为聚合引发剂,研究了单体用量,乳化剂用量及复配比,反应温度及时间和引发剂用量对产物分子量及聚合物产率的影响;对聚合产物进行了红外光谱分析以及减阻性能评价。结果表明:反应单体质量浓度为15%,3种单体间的质量比为m_((C12-DMAAC)∶_)m_((AM)∶_)m_((AMPS))=1∶12∶3;乳化剂质量浓度为2.5%,其中m_((Span80)∶_)m_((Tween60))=1.87∶1;反应温度为45℃;反应时间4h;引发剂浓度0.3%,其中(NH_4)_2S_2O_8与NaH SO_3的摩尔比为1∶1。在此条件下,聚合物的转化率最高达到85%,分子量最高达到860×10~4,减阻率最高达到86%,且在不同流速下具有良好的减阻性能。     

长链疏水缔合聚丙烯酰胺的合成及其溶液性能与室内驱油效果

通过超声辅助,长脂肪链疏水单体丙烯酸十八酯(ODA)与丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)共聚,得到疏水缔合聚丙烯酰胺(OPAM)。通过FTIR,TGA和XRD对聚合物进行了表征,结合表观黏度法和紫外光谱法测试了OPAM的溶液性能,并且进行室内模拟驱油实验。结果表明,OPAM临界缔合浓度(cac)为0.27%(质量分数),溶液在浓度高于cac时,有大量疏水微区形成。引入疏水单体ODA,聚合物热稳定性升高,结晶性下降。OPAM比常规高相对分子质量聚丙烯酰胺(HPAM)驱油效果更好,同等条件下,OPAM驱油效率比HPAM提高了5.5百分点。     

驱油用疏水缔合聚合物的制备及性能分析

以AA/AM/C_(18)DMAAC三元共聚前水解方法反应制得一种梳状疏水缔合聚合物,该产物同时兼有亲水和疏水两种基团。实验过程采取二段引发方式引发,一段为氧化还原引发,二段为偶氮引发。通过产物性能分析可知反应体系的pH值、水解度、C_(18)DMAAC含量等条件是影响聚合产物性能的主要原因,该聚合产物具有较强的抗盐,耐温性能,且疏水缔合聚合物具有低浓高粘的特性。疏水缔合物对原油的乳化实验显示了疏水缔合物具有良好的乳化原油能力。     

PAAD-16酸液稠化剂的合成与性能

以二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺和溴代十六烷为原料,丙酮为溶剂,合成了一种疏水单体——二甲基十六烷基(2-甲基丙烯酰胺基丙基)溴化铵(DHAB),并以DHAB、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AMPS)和丙烯酰胺(AM)为单体,以自由基水溶液聚合法合成了一种疏水缔合聚合物P(AM-AMPS-DHAB)(PAAD-16),用IR、荧光光谱(FL)和SEM对其进行了结构表征。结果表明:PAAD-16的酸溶时间约为90 min;以该疏水缔合聚合物为主要添加剂配制而成的稠化酸在30℃、170s~(–1)下的表观黏度为59m Pa×s,在60、90℃下的热稳定性(ω)分别为85.0%和66.1%,在该条件下连续剪切120 min后剪切稳定性(ω')为81.4%,具有良好的增黏性、耐温抗剪切性和缓速性能。     

水溶性疏水缔合聚合物单体的合成

水溶性疏水缔合聚合物含有大量的亲水基团和少量的疏水基团,疏水基团间的疏水缔合作用使这种聚合物具有独特的增粘、抗剪切、耐温和耐盐的溶液性能,通常采用亲水单体和疏水单体共聚制备这类聚合物。对常用亲水单体AMPS及各类疏水单体如季铵盐不饱和单体AMPDAC和DAMAB、长链丙烯酸酯,N-烷基丙烯酰胺和N-芳烷基丙烯酰胺的合成进行了综述。     

新型疏水缔合减阻剂的分子模拟

为减小流体的流动阻力,在水中添加少量的表活剂,其减阻性能比高分子活性剂高,并且克服了高分子活性剂不稳定、易降解等缺点。采用分子模拟软件Materials Studio 2017 R2,分别构建丙烯酸十二酯(LA)、丙烯酸十四酯(TA)、丙烯酸十六酯(HA)、丙烯酸十八酯(OA)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模型,进行分子动力学模拟,计算不同聚合物在水中的回旋半径,水分子的均方位移,以及聚合物与水分子间的相互作用能。通过研究聚合物的回旋半径、水分子的均方位移、聚合物与水分子间的相互作用能,来推算聚合物单体的减阻潜力,优选出减阻潜力最好的聚合物单体。结果表明,聚合物链的伸展越大,则水分子的扩散系数越小,聚合物与水分子的相互作用能越大,聚合物单体的减阻作用越强。结果表明丙烯酸十二酯(LA)对应的聚合物单体在318K下的减阻效果最好。     

纳米SiO2改性疏水缔合聚合物基的合成及性能评价

本文以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和丙烯酸(AA)为亲水单体,十六烷基二甲基烯丙基氯化铵(CDMAAC)为疏水单体,在纳米SiO_2的存在下,以EDTA/VA044/过硫酸铵/抗坏血酸为引发剂,通过自由基聚合法,合成了具有核壳结构的纳米SiO_2改性疏水缔合聚合物。分别通过红外光谱和扫描电镜对聚合物的结构及微观形态进行了表征,对聚合物的分子量和不同浓度的聚合物溶液的表观黏度进行了测定。结果表明,聚合物有较好的疏水缔合作用,纳米SiO_2的引入,使得聚合物水溶液的表观黏度、耐盐性能及耐酸碱性能得到明显的改善。     

反相乳液聚合制备疏水缔合聚合物AAMS-2及其压裂液性能评价

采用反相乳液聚合方法制备了AM(丙烯酰胺)/AMPS(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)/疏水单体M(二甲基十八烷基烯丙基氯化铵)/刚性单体S(4-丙烯酰基氨基苯磺酸钠)的四元疏水缔合聚合物AAMS-2,并用红外光谱对聚合物进行了表征。热重分析(TGA)表明聚合物在240℃下化学结构稳定。利用扫描电镜(SEM)清晰观察到AAMS-2的乳液颗粒和水溶液形成的网状结构。AAMS-2压裂液具有良好的粘弹特性、携砂、破胶和岩心低伤害特性。耐温耐剪切测试表明体系具有优良的耐温能力,0.6%的AAMS-2压裂液在150℃、170 s^(-1)条件下剪切2 h,表观粘度保持在50 mPa·s以上。     

期刊文献

<正>双尾型丙烯酰胺类疏水缔合共聚物的合成与表征姜峰,蒲万芬,杜代军,任强,荆雪琪摘要:通过光引发自由基聚合的方式,将双尾型丙烯酰胺类疏水单体(N-苯乙基-N-十四烷基甲基丙烯酰胺,PETMAM),与丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)等水溶性单体进行共聚,制备出双尾型疏水缔合水溶性共聚物(DTHAP),来解决丙烯酰胺类聚合物耐温抗盐性以及稳定性差的难题。通过测定聚合物溶液的表观黏度作为评价其性能的主要手段,考察了丙烯酸加量、盐、表面活性剂(SDS)含量、疏水单体含量等因素对聚合物性能的影响,从而确定了比较理想的反应条件。实验中发现:     

超临界CO2下三元含氟疏水缔合聚合物的合成及溶液性能研究

设计聚合物的分子结构并在超临界CO2下以丙烯酰胺(AM)、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AMPS)及甲基丙烯酸十二氟庚酯(G04)为单体合成三元含氟疏水缔合聚合物,并用FTIR和元素分析对结构进行表征。研究反应温度、压力及引发剂加入量对产物聚合反应转化率及相对分子量的影响,并对三元含氟疏水聚合物浓度对溶液表观粘度的影响进行研究。结果表明:在超临界CO2体系下可制备三元共聚含氟聚合物,且由于含氟疏水基团的存在,该聚合物水溶液具有明显的疏水缔合作用。     

两性疏水缔合聚丙烯酰胺的室内性能研究

以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和一种疏水长链烷基烯丙基氯化铵(M-18A)为单体,以溶剂油为油相,采用反相乳液聚合法合成一种两性疏水缔合聚丙烯酰胺增稠剂(AP-AM18)。在最佳合成条件下,利用核磁共振氢谱(~1H NMR)、红外光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)和热重分析仪(TGA)对AP-AM18进行了表征。红外光谱结果表明,单体发生聚合;XRD图显示其具有非晶体结构;对聚合物AP-AM18的热稳定性分析发现,分解温度超过500℃后,样品质量基本不变,表明聚合物具有良好的耐温性;对AP-AM18进行增稠、耐盐性能测试发现,随着浓度的升高,表观黏度逐渐上升,当浓度为2%时,聚合物AP-AM18在清水中的表观黏度达到893 m Pa·s,在5×10~4mg/L矿化水中,表观黏度达到391 m Pa·s,表明其具有较好的增稠、耐盐性能。     

双水相聚合物乳液的制备及减阻性能

以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料,采用水分散聚合法,制备双水相聚合物(NPAM)。相对分子量为380万,粒子分布集中,且粒径小,平均粒径为182.7 nm。室内评价聚合物的减阻效果,其在清水中减阻率达到80%,在10%的盐水中减阻率达到77%。黏弹性能分析,NPAM的抗应变能力较强。双水相聚合物可用作减阻剂,为油气田压裂作业提供优秀的减阻性能。     

疏水缔合减阻剂的分子模拟

采用分子模拟软件Materials Studio2017R2分别构建非离子型疏水改性聚丙烯酰胺(HM-PAM)、部分水解水溶性疏水缔合聚丙烯酰胺(HAWSP)、部分水解阴离子型聚丙烯酰胺(HPAM)溶液模型,通过分子动力学模拟的方法来计算HPAM、HAWSP与HM-PAM类聚合物在不同Na Cl浓度下的回旋半径(Rg)、均方位移(MSD)。从模拟结果来看,HAWSP与HMPAM、HPAM相比具有更大的回旋半径、更大的特性黏数、更大的流体力学尺寸,会产生更好的减阻效果。在室内采用流体流动阻力测试仪测定HPAM、HAWSP与HM-PAM减阻聚合物在不同Na Cl浓度、不同剪切条件下的减阻性能。实验结果表明,HAWSP型聚合物减阻效果良好,与HM-PAM、HPAM相比具有更好的耐盐性、抗剪切性,与模拟结果一致。     

反相乳液聚合制备疏水缔合聚合物AAMS-2及其压裂液性能评价

采用反相乳液聚合方法制备了AM(丙烯酰胺)/AMPS(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)/疏水单体M(二甲基十八烷基烯丙基氯化铵)/刚性单体S(4-丙烯酰基氨基苯磺酸钠)的四元疏水缔合聚合物AAMS-2,并用红外光谱对聚合物进行了表征。热重分析(TGA)表明聚合物在240℃下化学结构稳定。利用扫描电镜(SEM)清晰观察到AAMS-2的乳液颗粒和水溶液形成的网状结构。AAMS-2压裂液具有良好的粘弹特性、携砂、破胶和岩心低伤害特性。耐温耐剪切测试表明体系具有优良的耐温能力,0.6%的AAMS-2压裂液在150℃、170 s~(-1)条件下剪切2 h,表观粘度保持在50 mPa·s以上。     

压裂用疏水缔合聚合物溶液性质及减阻性能

以功能性疏水单体甲基丙烯酸长链酯与丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料,合成了疏水缔合聚合物HAWP-18。采用流变仪考察了HAWP-18的耐剪切性能、黏弹性及触变性。结果表明:HAWP-18属于假塑性流体,临界缔合质量浓度为2.31 g/L,随着剪切速率增加,HAWP-18的表观黏度缓慢下降后不变,剪切速率降低后,表观黏度可再度恢复,表现出较强的耐剪切性能;黏弹性测试表明:HAWP-18是典型的黏弹性结构流体,具有较宽的线性黏弹区,该体系的储能模量G'大于损耗模量G″,并且黏度越大,弹性特征越强。采用稳态剪切测试考察了不同质量浓度HAWP-18的剪切应力与剪切速率的关系,结果表明:HAWP-18具有触变性,并且触变性随质量浓度增大而增强。使用自制摩阻测试仪测定了不同质量浓度HAWP-18的减阻性能,结果表明:HAWP-18减阻率随质量浓度的增加先上升后降低。     

疏水缔合聚合物P(AM-AMPS-SA)的合成与性能研究

采用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)与丙烯酸十八酯(SA)、丙烯酰胺(AM)通过自由基胶束共聚法合成疏水缔合聚合物P(AM-AMPS-SA)。经红外和核磁共振表征聚合物结构,并测定在不同剪切速率、NaCl、CaCl2浓度及温度条件下的聚合物溶液表观黏度的变化以及聚合物溶液的临界缔合浓度。结果表明,所制备的疏水缔合聚合物P(AM-AMPS-SA),它的临界缔合浓度在0.25~0.3g/dL,具有一定的抗温、抗盐性以及抗剪切性,且对二价盐的抗盐性比一价盐要好。     

疏水缔合压裂液用稠化剂HAP-1的制备及性能评价

以功能疏水单体N-十二烷基丙烯酰胺(N-DAM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)和丙烯酸(AA)为原料,采用水溶液法制得疏水缔合压裂液用稠化剂(HAP-1),考察了合成过程中不同因素对HAP-1性能的影响,确定了HAP-1的最佳合成工艺:反应时间为4 h,反应温度为70℃,单体总质量分数为25%,引发剂质量分数为0.03%(相对于单体总质量),反应体系p H为8,单体摩尔比n(AM)∶n(AA)∶n(AMPS)∶n(N-DAM)=80∶15∶4∶1。性能评价结果表明,HAP-1压裂液具有良好的耐温性能、抗剪切性能、悬砂性能和破胶性能,且破胶液残渣质量浓度低于常规压裂液破胶液,适于90℃以下油气储层压裂改造。