三元磺化改性聚丙烯酰胺性能及驱油效果分析

徐强(安徽巨成精细化工有限公司，安徽 淮北 235100)

0 引言

针对驱油聚合物来讲，自身涉及到了多方面，分别是水解聚丙烯酰胺(HPAM)和具体的衍生物，而且HPAM本身有着良好的亲水效果，和水相互融合到一起能够形成一定的水动力学体积，使其产生一定的增黏效果，可是处于高温状态下的聚丙烯酰胺出现热降解的概率也是非常高的，黏度随之降低。

基于高矿化度盐水内，阳离子与聚合物分子电性相互结合起来，逐渐形成了聚合物分子弯曲现象，黏度受到了影响，并且聚丙烯酰胺分子内的羟基和二价离子产生了不良沉淀现象，几者相互分离，驱油作用尚未体现出来。可是从实际情况来看，丙烯酰胺类聚合物有着一定不足之处，与油田采收率要求不相符，不足之处表现为油田开采期间耐温抗盐性能不佳，针对此种现象，就需要引进含-SO3H基团的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)单体，进一步探究三元磺化改性聚丙烯酰胺，将其抗盐性全面体现出来[1]。

现阶段，丙烯酰胺类聚合物一般是以单一性的氧化还原体系为主，此方面中引发剂有着非常高的链转移率，形成高分子量的聚合物难度高，和偶氮类型的引发剂链转移率相比较而言，其转移率较高一些，能够缓慢形成聚合现象，从中获取有着较高分子量的聚合物，但是整体温度是特别高的[2]。

并且丙烯酰胺和AMPS共聚两者处于放热性状态，基于反应现象的出现，温度随之上涨，相关的引发剂分解速率随之提升，自由基浓度上涨，无法将高分子量的聚合物相互结合到一起。依照引发剂具体特征可以看出，利用偶氮、氧化还原剂体系处于相应条件下形成聚合反应，开展实验室作业，制造出有着较强耐温效果的SPAM[3]。在本文中，主要模拟了胜利油田储层特征以及具体的性质，综合性探究了三元磺化改性聚丙烯酰胺的结构特征以及具体性能。

1 背景

1.1 对于聚丙烯酰胺具体特征的探究

所谓聚丙烯酰胺，被称之为PAM，其有着良好的线性和水溶性特征，因为优势良好而在石油领域以及农林业和污水处理领域内得到了十分普遍的应用，基于聚丙烯酰胺内有着诸多的分子结构，这些结构内涉及到了一系列的酰氨基，逐渐产生了氢键现象，将化学反应活性进一步体现了出来，以各种方式为主从中获取聚丙烯酰胶，属于应用特别普遍的一项聚合物。

1.2 聚丙烯酰胺自身具备的特征

针对于聚丙烯酰胺固体颗粒来讲，在常温情况下是玻璃类态的固体状态，具体为白色，稳定性良好，长期存放后会因氧气及细菌生物存在而缓慢的降解。其水溶性好，能以任意比例溶于水，但其水溶液降解速度较快，所以PAM水溶液本身有着黏度极高以及容易降解的特点[4]。

1.3 聚丙烯酰胺具备的物理特征

因为聚丙烯酰胺和聚合物中的分子结构有着一定的特殊性特征，因此在各领域内得到了十分普遍的应用，并且物理性质处于十分繁琐和复杂的状态。在本文中，对生产阶段以及应用内的各项内容展开了论述，比如固体聚丙烯酰胺的物理性质。针对于聚丙烯酰胺固体形态来讲，处于常温状态下呈现出了玻璃形状，结合实际情况引进与之相符的方式，借助相关方式获取各项颗粒类型的聚丙烯酰胺，通过冷冻从中获取聚丙烯酰胺产品，该项产品呈现出了非晶体固体。经过溶解分析以后得到颗粒固体，而且将浇注冷却方式落实于玻璃板中，得到透明性的薄片。

2 聚丙烯酰胺分类情况

2.1 依照聚合方式进行分类

第一，水溶液聚合。当前阶段，将水溶液当成一项基本的聚合环境看待，融合单体，借助引发剂的效果形成相应的反应，完成整个阶段，此种现象被叫做水溶液聚合，其属于当前应用十分普遍的一项聚丙烯酰胺类型聚合物聚合形式，该项形式本身也有着良好的作用，主要是以水为传热介质，基于水热容程度比较大，因此控制整体反应温度是极为方便的，还可以快速导出反应热，避免产生凝胶效应情况，提升反应速率。在生产过程中，水溶液聚合法在聚丙烯酰胺内得到了一定的应用，通过和其他类型方式相互判断分析来看，整体上而言操作极为便利、技术日益完善，不会产生较高的成本以及较大程度的污染现象，可以对不同功能的聚丙烯酰胺聚合物加以应用。相关研究人员使用水溶液方式制作形成了有着较高分子量的聚丙烯酰胺等[5]。

第二，反相悬浮液聚合。反相悬浮液聚合指的是从有机溶液内，水溶性单体逐渐划分成多个较小体系聚合的反应技术，包含了油相以及水相，聚合单体和引发剂相互形成水相，油性溶剂则是油相，形成的聚合反应从各项体系内相互聚合，产生悬浮于油相内的体系，此种形式被称之为反相悬浮液聚合。针对分散介质来讲，一般是遵循和水相密度差较小的基本原则，缩减稳定剂的具体使用数量，体现出一定的增强分散效果。该项体系为热力学不稳定体系，本身有着成本较低、操作便利等诸多特征，可以实现相应的目标。相关人员展开了反向悬浮聚合以及反向悬浮方式组合形成聚丙烯酰胺的实验探究作业，为该项方式得到良好应用奠定基础。

第三，反相乳液聚合。反相乳液聚合属于高分子量聚电解质合成期间普遍采取的一种形式，将非极性溶液当成基本的连续相，从水中溶解单体，基于乳化剂作用下产生油包水型乳液，然后形成聚合反应。该项类型的聚合方式对周围反应条件没有太高的要求，产生的副反应较小，聚合产物有着较强的溶解性。

第四，反相微乳液聚合。该项方式是从国外引进的，是基于反相乳液聚合基础上形成的一项方式。微乳液聚合有着分布均匀性以及粒径较小等一系列特征，而且也是合成丙烯酰胺类聚合物的主要方式，其可以获取稳定性良好的聚合物微胶乳粒子，在各项环节内得到了十分普遍的应用[6]。

2.2 依照结构特征进行分类

第一，超高分子量。超高分子量的性能远远高于常规类型的聚丙烯酰胺性能，不过使用过程中呈现出了严峻的机械降解情况。与此同时，相比较于常规分子量的聚丙烯酰胺，超高分子量聚丙烯酰胺研究要点为大分子的功能化学，相关人员应用自由基聚合相互组合形成水解聚丙烯酰胺。

第二，两性聚合物。两性聚合物是基于聚合物分子链基础上引进有着阴离子和阳离子的单体，利用阴、阳离子基团的作用改善聚合物性能，两性聚合物内的阴阳离子可以形成一定的静电作用，基于淡水内该项静电作用促使聚合物分子链出现弯曲，达不到驱油的目的。盐水溶液内包含的盐离子在聚合物阴阳离子基团作用体现为消除，可以进一步延伸和拓展聚合物分子链，而宏观表现则是聚合物溶液黏度上升，可以提升整体采收率，发挥出来的性能极高。

3 影响聚合物驱油的基本因素

其一，聚合物分子量对聚合物驱油产生的一系列影响。当聚合物分子量增大，那么本身从溶液内占据的流体力学体积也就随之增加，与此同时，出现相互交联的概率是非常高的，从宏观方面进行探究，体现在聚合物溶液黏度增多。一般情况下，主要是采取水解聚丙烯酰胺的方式，这主要是因为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础上提升聚合物的分子量，实现相应的发展目标。

第二，聚合物结构对聚合物驱油产生的影响。聚合物的分子结构对于聚合物驱油效果有着决定性的影响，以往传统类型的驱油用聚合物表现为线性高分子共聚物，通过相关探究来看，黏弹性和黏度是一项主要的影响因素，驱油用聚合物的结构性能良好，可以增加聚合物分子之间的相互交连，提升聚合物的驱油效率[7]。

4 相关的实验条件

4.1 准备材料以及仪器

部分水解聚丙烯酰胺，梳型聚合物，工业级；氯化钙，氯化镁，分析纯；三元磺化改性聚丙烯酰胺(简称SPAM、分子质量为950×104)，实验室自制。实验用水矿化度为20 000 mg/L，在这其中，Ca2+、Mg2+浓度分别为364、136 mg/L。

4.2 SPAM中采取的制备方法

采取复合引发体系对SPA进行有效的制备处理，具体表现为：将相应比例的丙烯酰氨基和甲基丙磺酸(AMPS)以及丙烯酰胺等放到烧杯中，采取蒸馏水有效的溶解，再次添入第三单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)，应用氢氧化钠对溶液pH值加以改善和调整，使其符合标准要求，然后再次添加乙二胺四乙酸(EDTA)，处于密封状态下对尿素进行通入氮气，具体时间是30 min左右，使其处于一定的密封状态，然后再次通入氮气。在形成了聚合物以后，需要从恒温箱内放置聚合物，一直到规定时间位置，从中获取凝胶状产物，采取干燥和粉碎方式以后得到白色粉末产品。

5 获取的实验结果

5.1 红外光谱

通过相关探究表明，3 437 cm-1对应丙烯酰胺的N-H键呈现出了伸缩振动,1 652.142 0 cm-1对应丙烯酰胺的C=O键伸缩振动和C-N键弯曲振动，该种情况表示出现了酰氨基。AMPS内包含了诸多的磺酸基团，其产生的作用非常高，可以进一步改善PAM自身的性能，强化分子氢键的密实程度，强化共聚物本身的刚性。并且组合形成的三元聚合物还可以全面解决各项难点，必然处于高温以及高矿物度条件下黏度降低现象，自身的驱油能力特别高。

图1 SPAM红外光谱

5.2 黏度

基于聚合物各项类型处于相同发展状态下，相关温度上涨，聚合物溶液黏度随之下降，而且在相同温度状态中，就属SPAM黏度特别高，依次体现为CSPAM以及HPAM的黏度降低，温度逐渐上涨的情况下，SPAM、CSPAM、以及HPAM黏度保留率也有了明显的改变，此种现象体现出了多项聚合物内，属第一种类型的聚合物耐温效果更高，伴随着溶剂矿化度的增多，聚合物溶液黏度呈现出持续性下降现象，在矿化度达到20 000 mg/L时，聚合物溶液黏度保持稳定状态。

图2 聚合物溶液黏度和温度以及矿化度的关系

5.3 扫描电镜

和以往普通类型的水解聚丙烯酰胺相同，SPAM分子为长链条结构类型，各项链条之间有着密切的联系性，相互组合到一起成为空间立体网状结构，而且SPAM还能够适当地提升水的黏度，将水油流度比控制在合理范围中，拓展和延伸油层的具体体积，减少残余油饱和程度，使原油采收率得到全方面的提升，凸显出阳离子本身在在聚合物分子链内产生的电荷屏蔽效果。

在矿化度逐渐增加的情况下，聚合物分子将会发生一系列变化，不过上升到极限值以后，聚合物溶液黏度不会发生改变，或者是即便发生变化以后，具体程度也是特别小的。

当溶剂水矿化物超出4 000 mg/L的状态下，SPM的黏度随之升高。从实际情况可以看出，处于高温状态下的HPAM均聚物出现水解现象的概率非常高，并且产生了羧酸基，然后有效分离，在持续性升温的状态下黏度下降。与HPAM油为2.7 t/d，含水为95.5%，注入了聚合物以后，水井注入压力随之增长，采油井单井日产液降至53.9 m3/d,日产油增至5.2 t/d,含水降至90.4%，平均单井累计增油685.31 t其中，R31-10整体效果极佳，注入聚合物后，含水率下降13.5 %，单井累计增油2.5 t，经过相关实验工作以及具体产生的作用可以看出，SPAM能够在提升采收率的基础上确保质量，在未来将会朝着良好趋势发展[8]。

5.4 渗流特征

从实际情况来看，聚合物驱油效果以及聚合物溶液实际改善现象有关，同时还决定了渗透效率的提升，在具体工作开展过程中，可以以阻力系数以及残余阻力系数为主动态性的展开评价作业。通过分析来看，在给定油层中，一旦阻力系数增加，聚合物溶液中的渗流阻力也会增加，油层波和体积拓展以及延伸，当剩余阻力系数增大，空隙介质的渗透情况下降现象越来越严重，原油采收率得到了一定程度的提高，经过分析来看，阻力系数和残余阻力系数受到了聚合物和岩心中渗透率的影响，而且聚合物类型以及岩心渗透率也决定了具体的残余阻力系数，处于相同状态下的岩心渗透率不高，与之相符的阻力系数加剧。当聚合物分子从油层空隙内渗流过程中，普遍被化学吸附等诸多因素所干扰，部分聚合物分子处于油层空隙内，过流断面缩减，流动阻力增加，提高了具体的压力。

6 结语

从以上论述来看，本文重点探究了氧化还原引发剂以及偶氮引发剂产生的诸多缺陷和体现出来的优势，并且结合实际情况使用复合引发体系对三元磺化改性聚丙烯酰胺进行了改善，将各项结构相互组合形成到一起，使其成为规范性的空间立体网状结构，通过比较该项结构以及水解聚丙烯酰胺得出，三元磺化改性聚丙烯酰胺有着非常高的黏度情况，无论是稳定性还是黏弹性都有着良好的作用。

其中，三元磺化改性聚丙烯酰胺阻力系数是特别大的，并且整体驱油效果极高，经过对比水解聚丙烯酰胺驱油效果相对较差，在温度提升后，各项浓度下降。