一种耐超高温、耐酸聚合物的制备及性能测试

摘要：为解决常规聚合物无法满足超高温深井酸化压裂的技术要求，本文分别以丙烯酰胺（AM） 甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）、AM DMC SMA（十八烷基甲基丙烯酸酯）为原料，通过自由基聚合制备出两种耐酸聚合物SY-1和SY-2，并对其结构进行表征及性能测试。结果表明：SY-2红外谱图中720 cm-1为—(CH2)n—的弯曲振动吸收峰，单体成功接枝到聚丙烯酰胺分子链上；热重分析表明，SY-1升温至600℃失重比为98%，SY-2失重比86%，热稳定性得到改善；质量分数为20%盐酸中，SY-2质量分数0.8%：180℃，170s-1流变性能测试，SY-2剪切终点黏度56mPa?s，90℃、120℃、150℃剪切1h，黏度为83.6mPa?s、43.5mPa?s、27.8mPa?s，剪切稳定性分别为85.66%、74.45%、52.01%； 180℃、3MPa条件下，静态酸岩反应速率为8.94?10-5(g/cm2?s)，较常规SY-1反应速率1.69?10-4(g/cm2?s)减小一个量级。且与缓蚀剂、铁离子稳定剂配伍性良好，克服高温酸化压裂技术的应用瓶颈。     

高耐盐型聚合物的制备及其流变性能

以丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）、含双键谷氨酸螯合剂（CH-3）为原料，通过反相乳液聚合法制备一种聚丙烯酰胺类聚合物p(AM/AA/CH-3)。通过FTIR及1HNMR表征证明功能基团成功引入聚合产物中。SEM结果表明，聚合物与盐离子形成更加致密规则的结构 。粒度分布测试结果表明，聚合物粒径分布集中且均匀。流变性测试结果表明，聚合物在盐水中存在应力环；质量分数为0.8%的p(AM/AA/CH-3)聚合物水溶液 表现出较好的耐温性能；在质量浓度为20000 mg/L的NaCl和CaCl2溶液中，质量分数为0.8%的p(AM/AA/CH-3)聚合物溶液在140 ℃下剪切1 h后的黏度分别为70.53 mPa·s和53.84 mPa·s，体系具有良好的耐温耐剪切性。聚合物在盐溶液中表现为弹性体，由于聚合物分子间作用力大于分子内部作用力，因而形成更加致密复杂的空间网络结构，聚合物弹性增大。     

耐温抗盐乳液型压裂液稠化剂的制备及性能

为了制备易溶解、耐温、耐盐、耐剪切性能优异的压裂液,将丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰吗啉(ACMO)进行共聚,并引入聚乙烯醇纤维,通过反相乳液聚合反应合成了新型的聚丙烯酰胺共聚物p(AM/AMPS/ACMO)。利用红外光谱和扫描电镜进行结构和形貌表征。结果表明,在0,5,10,20,50,100,150,200 g/L NaCl、CaCl₂、MgCl₂溶液中,经聚乙烯醇纤维改性后的p(AM/AMPS/ACMO)溶液粘度始终大于常规PAM溶液粘度,聚乙烯醇纤维改性后聚合物有更好的耐盐性能。聚乙烯醇纤维改性的稠化剂在120℃和150℃剪切速率为170 s^-1的条件下剪切1 h,剪切后粘度分别为85.94 mPa·s和72.74 mPa·s,远高于压裂液通用技术条件要求的粘度大于50 mPa·s,表明聚乙烯醇纤维改性p(AM/AMPS/ACMO)有较好的耐温耐剪切性能。     

一种耐高温酸液稠化剂的制备及性能

以丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为原料、是否引入十八烷基甲基丙烯酸酯(SMA)为区别,通过自由基聚合制备出两种稠化剂SY-1和SY-2.采用FTIR及芘探针法对其结构进行表征;通过热重分析仪、流变仪、酸岩反应旋转岩盘仪对其进行性能测试.结果表明:引入SMA单体后制得产物SY-2热稳定性得到改善;当SY-2添加量为质量分数为20％的盐酸溶液质量的0.8％时,溶液升温至180℃的终点黏度为50 mPa·s,继续剪切1 h后终点黏度为20.1 mPa·s,剪切稳定性为40.20％;在180℃、3 MPa下,SY-2型稠化酸的静态酸岩反应速率为8.94×10–5 g/(cm2·s).该体系与缓蚀剂、铁离子稳定剂配伍性良好,可用于深井高温酸化压裂.