PMAS聚合物的合成、表征及成胶性质研究

论文摘要

近年来,聚丙烯酰胺及其衍生物广泛地应用于石油工业的三次采油中,成为提高原油采收率的重要手段,其增粘和絮凝性能优良,但是还存在着对盐敏感、剪切稳定性差及热稳定性差等弱点。针对目前油田应用的聚合物的特点,根据分子设计原理,研制了一种三元阴离子型抗温抗盐聚合物PMAS,并对其成胶性质进行了研究。室内主要开展了以下工作;（1）在分子结构设计的基础上,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,采用水溶液共聚法合成出PMAS聚合物,通过单因素实验和正交实验,并采用模糊数学的方法对聚合物的合成工艺进行了优化,确定出最佳合成条件;单体总浓度为21wt%,引发剂浓度为0.04wt%,AMPS含量为15mol%,AA含量为8.5mol%,pH值为6.5。（2）通过红外光谱仪分析PMAS聚合物的结构,结果表明PMAS聚合物是由所设计的三种单体合成的目的产物;采用稀释法测定PMAS聚合物的特性粘数为13.05 dL/g,粘均分子量为7.67×106,通过扫描电镜观察和分析了其微观形态。（3）研究了PMAS聚合物溶液的抗温抗盐性及热稳定性,结果表明,在温度为80℃,矿化度为5×104mg/L条件下,PMAS聚合物溶液放置30天后粘度保持率在80%以上,表现出较好的热稳定性。与大庆和恒聚聚合物的抗盐性能进行比较,在矿化度为1×104～10×104mg/L条件下,PMAS聚合物溶液的粘度保留率比恒聚和大庆样品高出10～30个百分点。（4）对聚合物PMAS和聚合物ZS的成胶性质进行了比较研究,考察了聚合物浓度、交联剂浓度、温度、矿化度等因素对聚合物成胶性质的影响,并考察了凝胶GPMAS和GZS的长期热稳定性。结果表明,在温度为80～95℃,矿化度为12000mg/L的条件下,PMAS聚合物的成胶性质较好;在80℃条件下,凝胶GPMAS能长期保持稳定,经过4个月后的粘度保留率为81.2%;在95℃条件下,稳定时间可达3个月,粘度保留率为78.5%。（5）通过扫描电镜对凝胶GPMAS的微观结构进行了分析,并利用岩心流动实验装置对凝胶GPMAS和GHJ在多孔介质中的性能进行了比较研究,结果表明GPMAS凝胶的残余阻力系数是GHJ凝胶的四倍,具有较好的封堵能力。结果表明,PMAS聚合物具有较好的耐剪切性能、抗温抗盐性能和热稳定性能,能够满足油田提高采收率的应用要求;其成胶后凝胶强度高,热稳定性好,在岩心中的残余阻力系数高,具有较好的流度控制和封堵地层的能力,故能作为性能优良的驱替剂和调堵剂进行控水稳油并提高水驱效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 三次采油技术发展概况
• 1.2 水溶性聚合物概述
• 1.3 聚丙烯酰胺的研究现状
• 1.4 聚丙烯酰胺的合成方法
• 1.4.1 水溶液聚合
• 1.4.2 反相乳液聚合
• 1.4.3 反相微乳液聚合
• 1.4.4 悬浮聚合
• 1.4.5 沉淀聚合
• 1.4.6 其他方法
• 1.5 部分水解聚丙烯酰胺的性质与应用
• 1.5.1 聚丙烯酰胺的性质
• 1.5.2 部分水解聚丙烯酰胺的性质
• 1.5.3 部分水解聚丙烯酰胺的应用
• 1.6 耐温抗盐聚合物的研究
• 1.7 聚合物凝胶的研究现状
• 1.8 论文的主要研究内容
• 1.9 本文的创新点
• 2 PMAS聚合物合成及结构表征
• 2.1 实验准备及测试方法
• 2.1.1 合成用单体的选择
• 2.1.2 合成方法的选择
• 2.1.3 实验药品和仪器
• 2.1.4 合成过程
• 2.1.5 共聚物表征与测试方法
• 2.2 聚合物的合成机理及实验设计
• 2.2.1 合成机理
• 2.2.2 合成实验设计
• 2.3 单因素实验及结果分析
• 2.3.1 反应时间对单体转化率及聚合物表观粘度的影响
• 2.3.2 反应温度对聚合物表观粘度的影响
• 2.3.3 反应体系pH值对聚合物表观粘度的影响
• 2.3.4 引发剂浓度对聚合物表观粘度的影响
• 2.3.5 单体总浓度对聚合物表观粘度的影响
• 2.3.6 功能性单体AMPS含量对聚合物表观粘度的影响
• 2.4 正交设计实验及模糊数学分析
• 2.4.1 正交设计实验及评价参数的建立
• 2.4.2 正交实验结果及模糊数学分析
• 2.5 特性粘数[η]及相对分子量的测定结果
• 2.6 聚合物PMAS固含量的测定
• 2.7 聚合物PMAS水解度的测定
• 2.8 共聚物的红外光谱表征
• 3 PMAS聚合物溶液性能及评价
• 3.1 聚合物浓度对溶液表观粘度的影响
• 3.2 无机盐对共聚物溶液表观粘度的影响
• 3.3 温度对共聚物溶液表观粘度的影响
• 3.4 剪切速率对共聚物溶液表观粘度的影响
• 3.5 剪切时间对共聚物溶液表观粘度的影响
• 3.6 共聚物溶液的抗老化性能
• 3.7 聚合物样品的抗盐性比较
• 3.8 聚合物溶液的微观形态
• 3.8.1 扫描电子显微镜的原理
• 3.8.2 扫描电镜的结果分析
• 4 PMAS聚合物的成胶性质研究
• 4.1 实验准备
• 4.1.1 聚合物的选择
• 4.1.2 交联剂的选择
• 4.1.3 实验药品、仪器及水样
• 4.1.4 实验过程
• 4.1.5 堵剂性能评价指标的确定
• 4.2 聚合物的成胶性质研究
• 4.2.1 成胶的影响因素分析
• 4.2.2 凝胶的微观结构分析
• 4.2.3 凝胶在多孔介质中的性能评价
• 5 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢