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。     

耐高温低伤害清洁水性稠化剂的制备及性能

针对高温储层压裂需求,以丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）、十八烷基二甲基烯丙基氯化铵（ODAAC）和十八烷基甲基丙烯酸酯（SMA）为原料制备了一种疏水缔合聚合物（AAOS）,再使用低分子醇（乙二醇、丙三醇、正丙醇）、表面活性剂（椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和十二烷基硫酸钠）和AAOS配制开发一种“自交联”耐高温清洁水性稠化剂（FPM-1）。SEM结果表明,质量分数为0.30 %的FPM-1水溶液能显著增强AAOS聚合物分子间的疏水缔合交联作用,增大聚合物的流体力学体积。通过对FPM-1的溶解性、表观黏度、耐盐性、流变学测试表明,FPM-1溶液为高黏弹性流体,悬砂性能好;质量分数为0.27 %的AAOS在水中的溶解时间为7 min,最终黏度为90 mPa·s,质量分数为0.60 %的FPM-1（具有等效聚合物含量）在水中的溶解时间仅需3 min,且最终黏度为165 mPa·s,表明FPM-1体系能显著提高聚合物的黏度和溶解速度。在90℃,170 s-1条件下剪切1 h后,质量分数为0.27 %的AAOS水溶液的黏度为51 mPa·s,质量分数为0.60 %的FPM-1水溶液黏度为77 mPa·s;质量分数为1.40 %的FPM-1水溶液在180℃,170 s-1条件下剪切1 h,最终黏度为53 mPa·s;质量分数为0.60 %的FPM-1在5×104 mg/L矿化度盐水中黏度保持率为60 %,因此,FPM-1水溶液具有优异的耐盐、耐高温、耐剪切性能。通过对破胶液的表/界面张力测试表明,FPM-1体系破胶液具有低的表/界面张力,有利于破胶液的返排和回收再利用。     

含氟疏水缔合聚丙烯酰胺合成及溶液性能研究

以全氟辛酸、N,N-二甲基丙二胺、氯丙烯合成一种新型表面活性含氟碳疏水单体(FC137),并与丙烯酰胺、丙烯酸通过自由基水溶液层次聚合,制备含氟碳疏水缔合聚丙烯酰胺(FCPAM)。用表面张力法研究了FC137的胶束化,用红外光谱仪、流变仪、自动界面张力仪,表征了FCPAM结构和溶液的流变性能和破胶液表界面张力;使用非稀释型乌氏粘度法测定了特性粘数(η),相对表示出了聚丙烯酰胺的分子量。结果表明,FC137在25℃下的CMC为0.052 g/L、γCMC为26.53 mN/m。FCPAM溶液属于假塑性体系,临界缔合浓度为0.3%,具有一定耐盐性、耐温性,0.3%的FCPAM破胶液的表面张力为29.99 mN/m,界面张力为3.21 mN/m,并且具有良好的润湿性。     

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.     

耐盐型疏水缔合聚合物的制备及流变性能

采用丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)和水溶性阴离子疏水单体S-18制备了新型耐盐疏水缔合聚合物S-18HPAM。聚合放热测试表明:疏水单体含量的增加导致放热时间的延长,更有利于疏水结构的形成。微观结构测试表明:聚合物具有复杂的网状结构,在NaCl溶液中网状结构更为明显。流变测试结果表明:聚合物在盐溶液中具有良好的耐温和抗剪切性能。聚合物质量分数为0.3%(基于溶液总质量),温度90℃,剪切速率170 s–1和NaCl质量浓度20000 mg/L条件下,剪切后表观黏度大于70 mPa·s。在总矿化度20000 mg/L模拟地下水条件下,S-18HPAM质量分数为0.3%,剪切后黏度为70 mPa·s,加入质量分数0.5%表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)后,黏度增加到170m Pa·s。储能模量G'随着聚合物质量分数的增加而增大,体系弹性增强,同时疏水结构单元数量增加,形成致密的空间网络结构。     

耐高温低伤害清洁水性稠化剂的制备及性能

以丙烯酰胺、丙烯酸、十八烷基二甲基烯丙基氯化铵和十八烷基甲基丙烯酸酯为原料制备了一种疏水缔合聚合物(AAOS)，再使用低分子醇(乙二醇、丙三醇、正丙醇)、表面活性剂(椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、十二烷基硫酸钠)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和疏水缔合聚合物(AAOS)配制了一种自交联耐高温清洁水性稠化剂(FPM-1)。对FPM-1的形貌、溶解性、表观黏度、耐盐性、流变性进行了测试。结果表明，质量分数为0.30%的FPM-1水溶液能显著增强AAOS聚合物分子间的疏水缔合交联作用，增大聚合物的流体力学体积。FPM-1水溶液为高黏弹性流体，悬砂性能好；质量分数为0.27%的AAOS在水中的溶解时间为7 min，最终表观黏度为90 mPa·s，质量分数为0.60%的FPM-1(具有等效聚合物含量)在水中的溶解时间仅需3 min，且最终表观黏度为165 mPa·s。在90℃、170 s^–1条件下剪切1 h后，质量分数为0.27%的AAOS水溶液的表观黏度为51 m Pa·s，质量分数为0.60%的FPM-1水溶液表观黏度为77 m Pa·s；质量分数为1.40%...