聚丙烯酰胺凝聚劑的研究：
聚丙烯酰胺凝聚劑的研究，為了解決聚驅油田轉後續水驅階段地層滯留聚合物再利用的問題，運用微乳法製備聚丙烯酰胺凝聚劑的方 法，研製出一種帶有陽離子基團的體型聚合物凝聚劑，並對該凝聚劑的製備、性能進行了評價。結果表明：在聚丙烯 酰胺凝聚劑的陽離子度為5%、兩種溶液質量分數相同、體積比為1: 1剪切速率為170s-1的條件下，可以提高黏度約 10mPa- s在80°C水浴恒溫4h黏度降低率僅為3%;在氯化鈉用量達到1%時，溶液中複合體係的黏度仍為32 9 mPa" s新型凝聚劑有顯著的增黏效果和深部調驅意義。
聚合物驅是目前我國應用最為廣泛的一種提高 采收率技術，取得了較好的經濟和社會效益。但是 聚合物驅油過程中存在著如下問題：
(1)汙水配製聚合物過程中，在鹽效應的作用 下，聚合物増黏能力降低[1];
(2)部分油井產出高濃度的聚合物；
(3)聚合物驅後轉水驅，注入水沿高滲透條帶 指進到油井後，注入水無效循環，而存留在中滲層的 聚合物阻礙了驅替水與原油的接觸，導致油井含水 快速上升[2_4];
(4)在聚合物驅過程中，由於驅替速度、溶液濃 度、汙水鹽度等影響，導致大量聚合物吸附滯留在地 層中，造成地層堵塞[5-6]，給後續水驅造成困難；
(5)聚合物驅會造成比水驅後更為複雜的剩餘 油分布[7]。
上述問題嚴重阻礙了聚合物驅油技術的發展， 對於聚合物驅後進一步提高原油采收率造成了困 難。對此，本文借鑒美國含聚丙烯酰胺廢水處理劑 開發的成功經驗，聚丙烯酰胺凝聚劑的研究，開發了一種可利用電性作用吸附 部分水解聚丙烯酰胺形成超分子的技術[8]。
1聚丙烯酰胺凝聚劑的製備
采用微乳法聚合的方法，以丙烯酰胺和二甲基二 烯丙基氯化銨（DMDAAC)為單體，以過硫酸銨、甲醛 和次硫酸鈉為引發體係，加入少量N，N-二丙烯酰胺 製備聚丙烯酰胺凝聚劑。
從圖1可以看出，合成的聚丙烯酰胺凝聚劑是 一種帶有陽離子基團的體型聚合物。通過靜電引 力，該聚合物可吸附部分水解聚丙烯酰胺分子中的 羧酸根，形成超分子的結構。
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凝聚劑用置™
為了使吸附聚丙烯酰胺後形成的超分子具有大 的動力學結構，合成過程中需重點控製凝聚劑的陽 離子度。
2結果與討論
帶有不同電荷的陰離子聚合物和陽離子聚合物， 可以通過靜電力形成聚電解質複合物[1°-11]。當兩種 聚合物的相反電荷適當匹配時，可形成均相的超分子 溶液，此時體係的黏度會増加;當兩種聚合物的靜電 力太強時，則會發生絮凝、沉澱等相分離現象，此時體 係的黏度會大幅度下降[12_ 13]。因此，通過測定溶液 黏度，可以表征超分子或相分離發生的情況[14]。
2 1凝聚劑分子中陽離子度對複合溶液黏度的影響
改變凝聚劑分子中AM與DMDAAC的比例，製 備了不同陽離子度的凝聚劑。在蒸餾水中，配置部分 水解聚丙烯酰胺和凝聚劑質量分數均為0 1%，體積 比為1: 1的複合溶液，測定溶液的黏度（剪切速率固 定為 170 s-1)。
首先測出單純部分水解聚丙烯酰胺質量分數為 0 2%時的黏度為23mPa*。然後再測試己配置好 的複合溶液，發現其黏度均高於23mPa* s說明試驗 合成的凝聚劑與部分水解聚丙烯酰胺形成了超分子 的結構。但是，凝聚劑分子中陽離子度不同時，所形 成的複合溶液黏度有差異：
(1)當凝聚劑分子中陽離子度為1%時，複合 溶液最低及平均黏度值分別為31 1，35 7mPa* s
(2)當凝聚劑分子中陽離子度為5%時，複合 溶液黏度為40 5mPa* s
(3)此後再増大凝聚劑陽離子度，複合溶液的 黏度反而成下降趨勢。
以上試驗結果表明，隻要控製好凝聚劑中陽離 子度，聚丙烯酰胺凝聚劑的研究，即可得到具有較好増黏效果的聚丙烯酰胺凝 聚劑。因此，後續的研究中皆選擇陽離子度為5% 的凝聚劑進行試驗。
2 2凝聚劑用量對複合溶液黏度的影響
以陽離子度為5%的凝聚劑為試驗對象，考察 其用量不同時對複合溶液黏度的影響，結果如圖2
圖2凝聚劑用量對複合溶液黏度影響
Fg 2 Eflectof coagulant contenton the viscosity of canpound solution
由圖2可以看出，隨著複合溶液中凝聚劑用量的 増加，複合溶液的黏度呈現先増大後降低的趨勢。當 凝聚劑用量為50%時，複合溶液的黏度最大，可達到 40 5mPa*。這可能是因為凝聚劑用量超過50% 時，混合體係中的陽離子度増大，陽離子聚合物和陰 離子聚合物吸附點變多，靜電吸引力増強，導致體係 開始發生相分離，因而黏度降低。
2 3剪切作用對複合溶液黏度的影響
將陽離子度為5%的凝聚劑和部分水解聚丙烯 酰胺混合，配置質量分數均為0 1%、體積比為1:1 的複合溶液，測其不同剪切速率下的黏度，考察剪切 作用對超分子結構的影響。
圖3剪切作用對溶液黏度的影響 Fg 3 Effect of shearing action on solkition viscosity
由圖3可見，複合溶液和部分水解聚丙烯酰胺 的黏度均對剪切作用敏感：（1)隨剪切速率的増大， 溶液黏度大幅度下降，剪切稀釋作用[15]明顯；（2) 當剪切速率増加到500 s-1時，黏度隨剪切速率的増 加變化很小；（3)己形成超分子結構的複合溶液，其 抗剪切的能力明顯優於單純的聚丙烯酰胺溶液，這
所示。可能是由於凝聚劑和聚丙烯酰胺形成超分子水動力
學半徑較大的緣故。
2 4複合溶液熱降解性評價
由溫度對水凝膠酸液轉向劑性能的影響研究結 果表明：在所測的溫度範圍內，複合溶液和單純的聚 丙烯酰胺溶液的黏度均隨溫度升高而減小，這是因 為溫度升高時，分子運動加劇，聚丙烯酰胺凝聚劑的研究，破壞了大分子鏈間的 疏水締合交聯結構;水化基團發生去水化作用；大分 子鏈發生構象轉變的頻率提高。綜合作用使得聚合 物線團尺寸減小、黏度下降，但溫度升高時，複合溶 液的黏度仍大於單純的聚丙烯酰胺溶液，表現出一 定的耐溫性。
溫度對混合溶液黏度的影響，如圖4所示。
圖4高溫處理後溶液黏度的變化
Fig 4 Solution viscosity change afterhigh tanperature treatnent
由圖4可以看出，將部分水解聚丙烯酰胺溶液、 複合溶液在80 °C水浴中放置4 h後，聚丙烯酰胺凝聚劑的研究，黏度均下降， 但複合溶液黏度始終大於單純的聚丙烯酰胺溶液， 說明超分子結構具有更好的抗熱降解能力。
2 5複合溶液鹽敏性評價
向複合溶液和單純的聚丙烯酰胺溶液中加入不 同質量分數的氯化鈉，在剪切速率為170 s-1的條件 下，測量其黏度，試驗結果如圖5所示。
由圖5可以看出，兩溶液黏度均隨氯化鈉用量 的増加而減小。氯化鈉質量分數為0 1%時，部分 水解聚丙烯酰胺溶液的黏度降為32 6mPa* s複合 溶液的黏度雖有所降低，但仍高於部分水解聚丙烯 酰胺溶液的黏度;當氯化鈉用量達到1%時，複合溶 液的黏度為32 9mPa* s而部分水解聚丙烯酰胺溶 液的黏度卻己降為25 8mPa* s說明複合溶液的抗 鹽性優於部分水解聚丙烯酰胺溶液。
鹽的加入之所以使得聚合物黏度降低，主要是 因為鹽中的陽離子可以壓縮部分水解聚丙烯酰胺分 子中羧酸根周圍的擴散雙電層，從而使其伸展程度 降低，増黏效果下降[16-17]。此外，小分子電解質的 屏蔽作用主要是通過小分子電解質與高分子鏈表麵 電荷的相互作用來實現，因此，減少高分子鏈的表麵 電荷可減弱小分子電解質對高分子溶液黏度的影 響，提高溶液的抗鹽性。由於凝聚劑和聚丙烯酰胺 混合後形成了超分子結構，其流體力學半徑較大，所 以伸展程度受鹽的影響較小。
2 6岩芯流動實驗結果
用滲透率為0 746 D的岩芯進行岩芯流動實 驗，實驗結果如圖6所示。
圖6溶液在岩芯中的阻力係數與剪切速率的關係
Fig 6 Relationship between the resistance coefficient and the shear rate of solution in the core
由圖6可以看出，在岩芯流動過程中，兩種溶液 在剪切速率小於400 s-1時均具有較大的阻力係數， 聚丙烯酰胺凝聚劑的研究，隨剪切速率的増大，阻力係數均降低，但複合溶液的 阻力係數明顯大於聚丙烯酰胺溶液，證明其在岩芯中 的増黏和抗剪切性也得到了明顯改善。
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