三元磺化改性聚丙烯酰胺性能及驅油效果分析

徐強(安徽巨成精細化工有限公司，安徽 淮北 235100)

0 引言

針對驅油聚合物來講，自身涉及到了多方面，分別是水解聚丙烯酰胺(HPAM)和具體的衍生物，而且HPAM本身有著良好的親水效果，和水相互融合到一起能夠形成一定的水動力學體積，使其產生一定的增黏效果，可是處于高溫狀態下的聚丙烯酰胺出現熱降解的概率也是非常高的，黏度隨之降低。

基于高礦化度鹽水內，陽離子與聚合物分子電性相互結合起來，逐漸形成了聚合物分子彎曲現象，黏度受到了影響，并且聚丙烯酰胺分子內的羥基和二價離子產生了不良沉淀現象，幾者相互分離，驅油作用尚未體現出來。可是從實際情況來看，丙烯酰胺類聚合物有著一定不足之處，與油田采收率要求不相符，不足之處表現為油田開采期間耐溫抗鹽性能不佳，針對此種現象，就需要引進含-SO3H基團的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)單體，進一步探究三元磺化改性聚丙烯酰胺，將其抗鹽性全面體現出來[1]。

現階段，丙烯酰胺類聚合物一般是以單一性的氧化還原體系為主，此方面中引發劑有著非常高的鏈轉移率，形成高分子量的聚合物難度高，和偶氮類型的引發劑鏈轉移率相比較而言，其轉移率較高一些，能夠緩慢形成聚合現象，從中獲取有著較高分子量的聚合物，但是整體溫度是特別高的[2]。

并且丙烯酰胺和AMPS共聚兩者處于放熱性狀態，基于反應現象的出現，溫度隨之上漲，相關的引發劑分解速率隨之提升，自由基濃度上漲，無法將高分子量的聚合物相互結合到一起。依照引發劑具體特征可以看出，利用偶氮、氧化還原劑體系處于相應條件下形成聚合反應，開展實驗室作業，制造出有著較強耐溫效果的SPAM[3]。在本文中，主要模擬了勝利油田儲層特征以及具體的性質，綜合性探究了三元磺化改性聚丙烯酰胺的結構特征以及具體性能。

1 背景

1.1 對于聚丙烯酰胺具體特征的探究

所謂聚丙烯酰胺，被稱之為PAM，其有著良好的線性和水溶性特征，因為優勢良好而在石油領域以及農林業和污水處理領域內得到了十分普遍的應用，基于聚丙烯酰胺內有著諸多的分子結構，這些結構內涉及到了一系列的酰氨基，逐漸產生了氫鍵現象，將化學反應活性進一步體現了出來，以各種方式為主從中獲取聚丙烯酰膠，屬于應用特別普遍的一項聚合物。

1.2 聚丙烯酰胺自身具備的特征

針對于聚丙烯酰胺固體顆粒來講，在常溫情況下是玻璃類態的固體狀態，具體為白色，穩定性良好，長期存放后會因氧氣及細菌生物存在而緩慢的降解。其水溶性好，能以任意比例溶于水，但其水溶液降解速度較快，所以PAM水溶液本身有著黏度極高以及容易降解的特點[4]。

1.3 聚丙烯酰胺具備的物理特征

因為聚丙烯酰胺和聚合物中的分子結構有著一定的特殊性特征，因此在各領域內得到了十分普遍的應用，并且物理性質處于十分繁瑣和復雜的狀態。在本文中，對生產階段以及應用內的各項內容展開了論述，比如固體聚丙烯酰胺的物理性質。針對于聚丙烯酰胺固體形態來講，處于常溫狀態下呈現出了玻璃形狀，結合實際情況引進與之相符的方式，借助相關方式獲取各項顆粒類型的聚丙烯酰胺，通過冷凍從中獲取聚丙烯酰胺產品，該項產品呈現出了非晶體固體。經過溶解分析以后得到顆粒固體，而且將澆注冷卻方式落實于玻璃板中，得到透明性的薄片。

2 聚丙烯酰胺分類情況

2.1 依照聚合方式進行分類

第一，水溶液聚合。當前階段，將水溶液當成一項基本的聚合環境看待，融合單體，借助引發劑的效果形成相應的反應，完成整個階段，此種現象被叫做水溶液聚合，其屬于當前應用十分普遍的一項聚丙烯酰胺類型聚合物聚合形式，該項形式本身也有著良好的作用，主要是以水為傳熱介質，基于水熱容程度比較大，因此控制整體反應溫度是極為方便的，還可以快速導出反應熱，避免產生凝膠效應情況，提升反應速率。在生產過程中，水溶液聚合法在聚丙烯酰胺內得到了一定的應用，通過和其他類型方式相互判斷分析來看，整體上而言操作極為便利、技術日益完善，不會產生較高的成本以及較大程度的污染現象，可以對不同功能的聚丙烯酰胺聚合物加以應用。相關研究人員使用水溶液方式制作形成了有著較高分子量的聚丙烯酰胺等[5]。

第二，反相懸浮液聚合。反相懸浮液聚合指的是從有機溶液內，水溶性單體逐漸劃分成多個較小體系聚合的反應技術，包含了油相以及水相，聚合單體和引發劑相互形成水相，油性溶劑則是油相，形成的聚合反應從各項體系內相互聚合，產生懸浮于油相內的體系，此種形式被稱之為反相懸浮液聚合。針對分散介質來講，一般是遵循和水相密度差較小的基本原則，縮減穩定劑的具體使用數量，體現出一定的增強分散效果。該項體系為熱力學不穩定體系，本身有著成本較低、操作便利等諸多特征，可以實現相應的目標。相關人員展開了反向懸浮聚合以及反向懸浮方式組合形成聚丙烯酰胺的實驗探究作業，為該項方式得到良好應用奠定基礎。

第三，反相乳液聚合。反相乳液聚合屬于高分子量聚電解質合成期間普遍采取的一種形式，將非極性溶液當成基本的連續相，從水中溶解單體，基于乳化劑作用下產生油包水型乳液，然后形成聚合反應。該項類型的聚合方式對周圍反應條件沒有太高的要求，產生的副反應較小，聚合產物有著較強的溶解性。

第四，反相微乳液聚合。該項方式是從國外引進的，是基于反相乳液聚合基礎上形成的一項方式。微乳液聚合有著分布均勻性以及粒徑較小等一系列特征，而且也是合成丙烯酰胺類聚合物的主要方式，其可以獲取穩定性良好的聚合物微膠乳粒子，在各項環節內得到了十分普遍的應用[6]。

2.2 依照結構特征進行分類

第一，超高分子量。超高分子量的性能遠遠高于常規類型的聚丙烯酰胺性能，不過使用過程中呈現出了嚴峻的機械降解情況。與此同時，相比較于常規分子量的聚丙烯酰胺，超高分子量聚丙烯酰胺研究要點為大分子的功能化學，相關人員應用自由基聚合相互組合形成水解聚丙烯酰胺。

第二，兩性聚合物。兩性聚合物是基于聚合物分子鏈基礎上引進有著陰離子和陽離子的單體，利用陰、陽離子基團的作用改善聚合物性能，兩性聚合物內的陰陽離子可以形成一定的靜電作用，基于淡水內該項靜電作用促使聚合物分子鏈出現彎曲，達不到驅油的目的。鹽水溶液內包含的鹽離子在聚合物陰陽離子基團作用體現為消除，可以進一步延伸和拓展聚合物分子鏈，而宏觀表現則是聚合物溶液黏度上升，可以提升整體采收率，發揮出來的性能極高。

3 影響聚合物驅油的基本因素

其一，聚合物分子量對聚合物驅油產生的一系列影響。當聚合物分子量增大，那么本身從溶液內占據的流體力學體積也就隨之增加，與此同時，出現相互交聯的概率是非常高的，從宏觀方面進行探究，體現在聚合物溶液黏度增多。一般情況下，主要是采取水解聚丙烯酰胺的方式，這主要是因為水解聚丙烯酰胺的分子量是非常多的，黏度高，可以在改善聚合物特征的基礎上提升聚合物的分子量，實現相應的發展目標。

第二，聚合物結構對聚合物驅油產生的影響。聚合物的分子結構對于聚合物驅油效果有著決定性的影響，以往傳統類型的驅油用聚合物表現為線性高分子共聚物，通過相關探究來看，黏彈性和黏度是一項主要的影響因素，驅油用聚合物的結構性能良好，可以增加聚合物分子之間的相互交連，提升聚合物的驅油效率[7]。

4 相關的實驗條件

4.1 準備材料以及儀器

部分水解聚丙烯酰胺，梳型聚合物，工業級；氯化鈣，氯化鎂，分析純；三元磺化改性聚丙烯酰胺(簡稱SPAM、分子質量為950×104)，實驗室自制。實驗用水礦化度為20 000 mg/L，在這其中，Ca2+、Mg2+濃度分別為364、136 mg/L。

4.2 SPAM中采取的制備方法

采取復合引發體系對SPA進行有效的制備處理，具體表現為：將相應比例的丙烯酰氨基和甲基丙磺酸(AMPS)以及丙烯酰胺等放到燒杯中，采取蒸餾水有效的溶解，再次添入第三單體甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)，應用氫氧化鈉對溶液pH值加以改善和調整，使其符合標準要求，然后再次添加乙二胺四乙酸(EDTA)，處于密封狀態下對尿素進行通入氮氣，具體時間是30 min左右，使其處于一定的密封狀態，然后再次通入氮氣。在形成了聚合物以后，需要從恒溫箱內放置聚合物，一直到規定時間位置，從中獲取凝膠狀產物，采取干燥和粉碎方式以后得到白色粉末產品。

5 獲取的實驗結果

5.1 紅外光譜

通過相關探究表明，3 437 cm-1對應丙烯酰胺的N-H鍵呈現出了伸縮振動,1 652.142 0 cm-1對應丙烯酰胺的C=O鍵伸縮振動和C-N鍵彎曲振動，該種情況表示出現了酰氨基。AMPS內包含了諸多的磺酸基團，其產生的作用非常高，可以進一步改善PAM自身的性能，強化分子氫鍵的密實程度，強化共聚物本身的剛性。并且組合形成的三元聚合物還可以全面解決各項難點，必然處于高溫以及高礦物度條件下黏度降低現象，自身的驅油能力特別高。

圖1 SPAM紅外光譜

5.2 黏度

基于聚合物各項類型處于相同發展狀態下，相關溫度上漲，聚合物溶液黏度隨之下降，而且在相同溫度狀態中，就屬SPAM黏度特別高，依次體現為CSPAM以及HPAM的黏度降低，溫度逐漸上漲的情況下，SPAM、CSPAM、以及HPAM黏度保留率也有了明顯的改變，此種現象體現出了多項聚合物內，屬第一種類型的聚合物耐溫效果更高，伴隨著溶劑礦化度的增多，聚合物溶液黏度呈現出持續性下降現象，在礦化度達到20 000 mg/L時，聚合物溶液黏度保持穩定狀態。

圖2 聚合物溶液黏度和溫度以及礦化度的關系

5.3 掃描電鏡

和以往普通類型的水解聚丙烯酰胺相同，SPAM分子為長鏈條結構類型，各項鏈條之間有著密切的聯系性，相互組合到一起成為空間立體網狀結構，而且SPAM還能夠適當地提升水的黏度，將水油流度比控制在合理范圍中，拓展和延伸油層的具體體積，減少殘余油飽和程度，使原油采收率得到全方面的提升，凸顯出陽離子本身在在聚合物分子鏈內產生的電荷屏蔽效果。

在礦化度逐漸增加的情況下，聚合物分子將會發生一系列變化，不過上升到極限值以后，聚合物溶液黏度不會發生改變，或者是即便發生變化以后，具體程度也是特別小的。

當溶劑水礦化物超出4 000 mg/L的狀態下，SPM的黏度隨之升高。從實際情況可以看出，處于高溫狀態下的HPAM均聚物出現水解現象的概率非常高，并且產生了羧酸基，然后有效分離，在持續性升溫的狀態下黏度下降。與HPAM油為2.7 t/d，含水為95.5%，注入了聚合物以后，水井注入壓力隨之增長，采油井單井日產液降至53.9 m3/d,日產油增至5.2 t/d,含水降至90.4%，平均單井累計增油685.31 t其中，R31-10整體效果極佳，注入聚合物后，含水率下降13.5 %，單井累計增油2.5 t，經過相關實驗工作以及具體產生的作用可以看出，SPAM能夠在提升采收率的基礎上確保質量，在未來將會朝著良好趨勢發展[8]。

5.4 滲流特征

從實際情況來看，聚合物驅油效果以及聚合物溶液實際改善現象有關，同時還決定了滲透效率的提升，在具體工作開展過程中，可以以阻力系數以及殘余阻力系數為主動態性的展開評價作業。通過分析來看，在給定油層中，一旦阻力系數增加，聚合物溶液中的滲流阻力也會增加，油層波和體積拓展以及延伸，當剩余阻力系數增大，空隙介質的滲透情況下降現象越來越嚴重，原油采收率得到了一定程度的提高，經過分析來看，阻力系數和殘余阻力系數受到了聚合物和巖心中滲透率的影響，而且聚合物類型以及巖心滲透率也決定了具體的殘余阻力系數，處于相同狀態下的巖心滲透率不高，與之相符的阻力系數加劇。當聚合物分子從油層空隙內滲流過程中，普遍被化學吸附等諸多因素所干擾，部分聚合物分子處于油層空隙內，過流斷面縮減，流動阻力增加，提高了具體的壓力。

6 結語

從以上論述來看，本文重點探究了氧化還原引發劑以及偶氮引發劑產生的諸多缺陷和體現出來的優勢，并且結合實際情況使用復合引發體系對三元磺化改性聚丙烯酰胺進行了改善，將各項結構相互組合形成到一起，使其成為規范性的空間立體網狀結構，通過比較該項結構以及水解聚丙烯酰胺得出，三元磺化改性聚丙烯酰胺有著非常高的黏度情況，無論是穩定性還是黏彈性都有著良好的作用。

其中，三元磺化改性聚丙烯酰胺阻力系數是特別大的，并且整體驅油效果極高，經過對比水解聚丙烯酰胺驅油效果相對較差，在溫度提升后，各項濃度下降。