AM/AMPSNa-瓜尔胶接枝共聚物的合成及其在压裂液中的应用

以丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为单体,硝酸铈铵为引发剂,通过溶液聚合对瓜尔胶进行接枝改性,得到接枝共聚物。通过单因素法确定了最优合成条件,利用GPC,FTIR,1H NMR,TG等方法对接枝共聚物进行了表征,同时考察了接枝共聚物压裂液的性能。实验结果表明,最优合成条件为:反应温度55℃,引发剂浓度1.82 mmol/L,单体浓度0.258 mol/L,瓜尔胶用量1.54 g/L。接枝共聚物的热稳定性、溶解性、增稠性和交联性能良好,同时具有良好的抗微生物降解性。0.6%(w)接枝共聚物配制的压裂液冻胶具有良好的耐温耐剪切性,在150℃、170 s^-1下剪切120 min后黏度仍保持在50 mPa·s以上,压裂液冻胶破胶后的黏度为4.8 mPa·s,残渣量为438.64 mg/L,相比瓜尔胶大幅减小,有利于降低对储层和裂缝导流能力的伤害。     

接枝型 AMPS共聚物降失水剂的合成与性能评价

为提高2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)共聚物的热稳定性和水泥浆的高温性能,以腐植酸为底物接枝混合单体AMPS、丙烯酰胺(AM)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)和丙烯酸(AA),合成了一种降失水剂GP。采用凝胶渗透色谱(GPC)、红外光谱(FT-IR)以及热重分析(TGA)对GP的结构进行了表征,研究了温度对GP水溶液黏度的影响,并对其在水泥浆中的综合性能进行了评价。研究结果表明,GP为接枝型共聚物,分解温度为282℃;GP溶液黏度随着温度升高而降低,其在不同温度下的相对黏度均高于线性聚合物LP,90℃下GP溶液的黏度是室温黏度的66.3%,高出LP 17.6%;GP具有优异的控失水能力,耐盐可达饱和;GP水泥浆在室温下的黏度低于LP水泥浆,当温度从30℃升至150℃时,GP水泥浆体系黏度保持率为60.7%,比LP体系高15.8%;GP与其他外加剂配伍性好,对水泥浆稠化时间和抗压强度的影响较小;GP水泥浆在50℃下养护48 h的抗压强度为22.7MPa,与LP相当,超声波检测结果表明GP水泥浆强度发展正常,静胶凝强度过渡时间比LP水泥浆短17%,有利于防止水泥浆固化期间的气窜。     

大豆分离蛋白与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的接枝共聚

以亲水2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为接枝单体、过硫酸铵(APS)为引发剂、β-巯基乙醇(ME)为大豆分离蛋白(SPI)的变性剂,在8mol/L的尿素溶液中对SPI进行接枝共聚改性。核磁共振表征结果证实,接枝产物为SPI-g-PAMPS(聚AMPS)。考察了APS浓度、ME浓度和AMPS浓度对接枝率的影响,较佳的接枝条件为:c(APS)=40mmol/L、c(ME)=171mmol/L、c(AMPS)=281mmol/L。用激光光散射仪和Zeta电位仪测定了SPI和SPI-g-PAMPS的溶液性能,实验结果表明,SPI-g-PAMPS胶粒的流体力学半径显著减小,在水相体系中的分散稳定性明显改善;SPI-g-PAMPS溶液的Zeta电位较SPI体系低,可提高SPI溶液的稳定性。     

乳液型压裂液降阻剂的合成及其性能

采用反相乳液聚合法,以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为单体,过硫酸钠/亚硫酸钠为引发剂,失水山梨醇油酸酯和烷基酚聚氧乙烯醚为乳化剂,合成滑溜水压裂液用乳液型降阻剂;考察乳化剂和引发剂的用量、反应温度对单体转化率及产物性能的影响;采用FTIR和13C NMR等方法对产物进行表征。表征结果显示,产物为P(AM-AA-AMPS),黏均相对分子质量大于1×107。实验结果表明,合成降阻剂的适宜条件为:反应温度25℃、乳化剂用量3%(w)(基于乳液的质量)、引发剂用量0.025%(w)(基于单体的总质量),在此条件下单体转化率可达99.9%,乳液黏度为650 m Pa s,乳液固含量为35%(w);在清水中加入0.10%(w)的降阻剂,降阻率达到61.5%,剪切5 min时降阻率仅降至60.6%,且具有良好的抗剪切能力。     

海泡石黏土接枝聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/丙烯酰胺高吸水树脂的制备及表征

以海泡石黏土(ST)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和丙烯酰胺(AM)为原料,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,过硫酸钾(KPS)为引发剂,采用微波辐射法,通过接枝共聚合成了ST-g-P(AMPS-co-AM)高吸水性树脂。探讨了适宜的合成条件,并利用FTIR和TG等方法分析了该树脂的结构及其热稳定性。实验结果表明,适宜的合成条件为:AMPS中和度70%、m(AM)∶m(AMPS)=1.7、MBA用量0.06%(w)(用量均基于单体总质量)、KPS用量0.6%(w)、ST用量12.5%(w),在此条件下合成的ST-g-P(AMPS-co-AM)树脂在去离子水和生理盐水中的吸水倍率分别为1 280 g/g和90 g/g。适量ST的引入显著提高了树脂的吸水倍率、耐盐性和热稳定性。     

SAMPS/AM/SAA共聚物降失水剂的合成与性能

采用氧化-还原引发体系合成了2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(SAMPS)-丙烯酰胺(AM)-丙烯酸钠(SAA)三元共聚物。借助红外光谱和差热分析测定了它的结构和热稳定性。研究了共聚物水溶液的流变性,评价了它对钻井泥浆性能的影响。结果表明,共聚物热稳定性好,用作钻井液处理剂能显著降低淡水泥浆、盐水和人工海水泥浆的失水量,抗NaCl和CaCl_2污染能力强。     

羧甲基纤维素钠及丙烯酰胺二元共聚物的制备及性能

在水相中采用自由基聚合的方法,合成了羧甲基纤维素钠（CMCNa）与丙烯酰胺（AM）的接枝共聚物。采用FTIR对产物结构进行了表征。同时采用流变仪对接枝共聚物水溶液在不同温度及离子强度下的流变行为进行了系统研究。结果表明,羧甲基纤维素钠与丙烯酰胺发生了接枝共聚反应;接枝共聚物具有较好的耐温、抗盐性。此外,对接枝共聚物的Fe3＋、Cr3＋、Zr4＋等金属离子交联冻胶的流变研究表明,该接枝共聚物可形成性能优良的冻胶,这种冻胶在堵水、压裂和调剖等采油工艺中有着重要的作用。     

AM-NaAMPS-St三元共聚物的合成及溶液性能研究

在微乳液介质中制备了组成系列变化的丙烯酰胺(AM)-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(NaAMPS)-苯乙烯(St)三元共聚物P(AM-NaAMPS-St)。通过红外光谱、紫外光谱、复合作用电导滴定法对共聚物的结构和组成进行了表征。用稀释外推粘度法测定了共聚物的特性粘数及Huggins常数kH。用荧光探针法与表观粘度法研究了大分子链间的疏水缔合作用,考察了共聚物结构对其水溶液性能的影响。     

微波辐射羧甲基纤维素接枝2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸制备高吸水性树脂

以N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)为交联剂、过硫酸氨(APS)为引发剂,采用微波辐射法在羧甲基纤维素钠(CMC)上接枝2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)合成了耐盐高吸水性树脂P(AMPS/CMC);考察了微波功率(P)、辐射时间(t)、CMC用量、NMBA用量、APS用量、AMPS的中和度(N)对树脂吸水倍率的影响;采用FTIR,SEM,TG等手段对树脂进行了表征。实验结果表明,在最佳合成条件(m(NMBA)∶m(APS)∶m(CMC)∶m(AMPS)=0.5∶2∶5∶100,P=195W,t=3.15 min,N(AMPS)=45%,w(CMC+AMPS)=30%)下合成的P(AMPS/CMC),在离子强度为0.154 mol/L的NaCl,CaCl2,AlCl3溶液和去离子水中的吸水倍率分别为126,63,20,1 345 g/g。该树脂具有较好的层状结构和热稳定性(主分解温度在250℃以上),CMC的加入有利于提高树脂的热稳定性和耐盐性能。     

AMPS共聚物降失水剂分子的构型与性能

以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)和N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)为单体,采用不同引发体系通过水溶液自由基聚合分别合成了支链型AMPS共聚物(记为BP)和线型AMPS共聚物(记为LP)降失水剂。利用FTIR、TG、GPC、流变仪和失水仪等分析了共聚物的结构,并考察了共聚物配制的水泥浆的性能。表征结果显示,BP和LP的相对分子质量及其分布接近,BP的热稳定性稍高于LP。BP的水溶液和水泥浆的黏度及高温黏度保留率均高于LP。BP与LP的失水量均随聚合物用量的增加而下降。随温度的升高,LP水泥浆呈明显的高温变稀现象;BP水泥浆在稠化实验后期稠度依然有初始值的65.2%,高温稳定性能较好。加入LP和BP之后的水泥浆的稳定性均得到明显提高。     

APS－TU引发丙烯酸酯类单体与海藻酸钠的接枝共聚

以过硫酸铵（ＡＰＳ）与硫脲（ＴＵ）组成引发体系，研究甲基内烯酸甲酯（ＭＭＡ）、甲基丙烯酸缩水甘油酯（ＧＭＡ）、甲基丙烯酸乙酯（ＥＭＡ）、丙烯酸甲酯（ＭＡ）分别与海藻酸钠（ＳＡ）的接枝共聚反应，ＩＲ及Ｘ－射线粉末衍射表征了产物的结构。当［ＡＰＳ］＝［ＴＵ］＝（６－８）×１０￣（－３）ｍｏｌ／Ｌ、［Ｍ］＝０．６ｍｏｌ／Ｌ、ＳＡ＝２．０ｇ／１００ｍｏｌ、６０℃、反应４ｈ时，所得接枝共聚物的接枝率（Ｇ）及接枝效率（Ｅ）值最佳。单体接枝活性顺序为：ＭＭＡ＞ＧＭＡ＞ＭＡ＞ＥＭＡ。     

玉米淀粉与丙烯酰胺的接枝共聚研究

讨论了玉米淀粉与丙烯酰胺 (AM)接枝共聚的反应规律 ,考察了单体浓度、引发剂浓度、反应温度、反应时间对接枝率和接枝效率的影响 ,结果表明 :当 [AM ] =1 2mol/L、[KPS] =4～ 5mmol/L、反应温度为 60℃、反应时间为 4h时 ,接枝率和接枝效率均较高     

APS－STS及Ce~（4＋）引发丙烯腈与壳聚糖的接枝共聚反应

采用过硫酸铵（ＡＰＳ）－硫代硫酸钠（ＳＴＳ）及Ｃｅ￣（４＋）分别引发丙烯腈与壳聚糖接枝共聚反应，ＩＲ及ＳＥＭ表征了接枝共聚物的结构。当［Ｃｅ￣（４＋）］＝（６－８）×１０￣（－３）ｍｏｌ／ｌ；［ＡＮ］＝（５－６）×１０｀（－１）ｍｏｌ／ｌ；壳聚糖＝０．７５ｇ／１００ｍ１；４０°Ｃ；反应５小时及当［ＡＰＳ］＝［ＳＴＳ］５×１０￣－３ｍｏｌ／ｌ；［ＡＮ］＝６×ｌ０￣（－１）ｍｏｌ／ｌ；壳聚糖＝２．０ｇ／１００ｍ１；６０°Ｃ；反应５小时时，所得接枝共聚物的接枝率（Ｇ）及接枝支链的分子量均较高。     

羟乙基纤维素丙烯酰胺接枝聚合物的合成及性能研究

以（NH4）2S2O8-Na2SO3作为引发体系,合成羟乙基纤维素丙烯酰胺接枝聚合物,着重讨论了羟乙基纤维素含量对相对分子质量的影响,通过正交实验得出聚合物相对分子质量影响因素依次为：HEC含量〉引发剂用量〉初始温度;利用电导率仪和旋转粘度计对接枝聚合物水溶液的电导率和剪切粘度进行测定,结果表明接枝聚合物的抗盐性和耐温性都比单体有了明显提高。     

高效液相色谱法测定AMPS/AM二元共聚物中残余微量单体含量

建立了一种同时测定2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)/丙烯酰胺(AM)二元共聚物中残余单体AMPS和AM含量的HPLC法;为降低试样的黏性,以异丙醇-乙醇的混合液为提取剂,将AMPS和AM从AMPS/AM二元共聚物的水溶液中提取出来;同时考察了波长和流动相配比对AMPS和AM分离效果的影响,得到了最佳色谱分析条件。实验结果表明,适宜的色谱分析条件为:采用ZORBAX SB-C18(4.0 mm×50 mm)液相色谱柱,以体积比为85∶15的甲醇-水混合液为流动相,流动相流量1.0 mL/min,检测波长220 nm,柱温27℃,进样量6μL;建立了AMPS/AM二元共聚物中残余单体AMPS和AM的标准工作曲线,二者的线性相关系数均大于0.999 5,回收率为97.50%～100.62%,相对标准偏差为0.435 7%～1.298 1%。该方法具有操作简便、分析速度快、分离效果好、灵敏、准确高等优点,可满足测试要求。     

淀粉与丙烯酰胺／丙烯磺酸钠接枝共聚物的研究

以硫酸高铈为引发剂,将淀粉与丙烯酰胺（AM）、丙烯磺酸钠（AS）进行接枝共聚,制备了淀粉与丙烯酰胺／丙烯磺酸钠接枝共聚物。用正交实验法确定了最佳聚合工艺条件,即聚合反应温度55℃,引发剂用量0．3g,AM与淀粉质量比4：1,AS用量0．2mL。考察了As用量对接枝共聚物产品性能的影响,包括粘度、溶解性、抗温性、抗盐性及降失水性。结果表明,随着AS用量的增加,共聚物粘度逐渐降低,溶解性逐渐增加,对抗温性影响不大,抗盐性好,水泥浆降失水性提高。     

过硫酸铵引发淀粉与丙烯酸丁酯接枝共聚反应动力学

以过硫酸铵为引发剂,十二烷基硫酸钠为乳化剂,研究了淀粉与丙烯酸丁酯接枝共聚反应动力学。考察了接枝反应速率与引发剂浓度,单体丙烯酸丁酯浓度和淀粉浓度的关系,并用数学工具Statistica对实验数据进行分析,关联出在低引发剂浓度下,反应初期的接枝反应速率方程为：Rg=K[(NH4)2S2O8]^0.52[BA]^1.12[AGU]^0.5。提出此聚合反应的聚合反应机理,根据稳态聚合理论和等活性理论,推导出接枝反应速率方程Rg=K[(NH4)2S2O8]^0.15[M][AGU]^0.5,与由实验关联出的方程基本一致。     

AM/AMPS/木质素磺酸接枝共聚物降滤失剂的合成与性能

采用木质素磺酸钙（SL）与丙烯酰胺（AM）和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）接枝共聚合成了一种木质素接枝共聚物,并对其在钻井液中的降滤失性能进行了室内初步评价.结果表明,在AMPS摩尔分数为20%（以AM和AMPS计）、木质素磺酸钙（SL）用量50%～60%（以AM与AMPS和木质素磺酸钙总质量计）条件下合成的共聚物用作泥浆降滤失剂,其在淡水泥浆、饱和盐水泥浆和复合盐水泥浆中均具有较好的降滤失作用和较好的耐温抗钙污染能力.