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分散聚合法聚丙烯酰胺微球調剖劑的研究

發布日期:2015-07-21 10:33:41
聚丙烯酰胺(PAM)微球近年來被廣泛應用在非均質性 強、高含水、大孔道發育的油田深部調剖堵水技術中。交 聯網狀結構不光賦予PAM微球很好的吸水性,而且賦予PAM微球很好的彈性,在一定壓力下能夠發生彈性變形而通 過孔喉繼續往深部運移,起到深部調剖的作用。
目前聚丙烯酰胺微球合成方法較多,主要有:反相懸浮合、反相乳液聚合、反相微乳液聚合和分散聚合。反 相懸浮聚合是一種將AM水溶液以小液滴狀懸浮於有機溶劑 中進行聚合的方法,但其缺點是產品純度不高,產物乳液穩定性差,工藝比較複雜。尤其是產品中存在大量的乳化劑和烴類 溶劑,若直接使用聚合物,會帶來二次汙染;若經過一定工藝處 理將其製成聚合物粉末,不僅費工費力,而且會汙染大氣。
與其他聚合方法相比,分散聚合具有表觀粘度低、溶解速 度快、介質蒸發熱低,生產工藝簡單、可適用單體種類多等優點,在油田開發過程中有廣闊的應用前景。
目前分散聚合法聚丙烯酰胺微球主要在醇水混合物或鹽水 溶液兩種反應介質中進行,采用分散聚合法將苯乙烯磺酸鈉 與丙烯酰胺共聚製備聚丙烯酰胺微球目前國內外尚無相關報道。 本文重點研究了分散介質比例、單體用量、引發劑用量、分散劑用量、交聯劑用量、反應溫度對聚丙烯酰胺(PAM)微球調剖劑的粒 徑、凝膠強度、抗剪切性能和耐熱性能的影響。
在250mL三口燒瓶中加入定量的乙醇和去離子水,攪拌均 勻後加入定量聚乙烯吡咯烷酮,攪拌溶解後按投料比加入一定量的丙烯酰胺苯乙烯磺酸鈉和亞甲 基雙丙烯酰胺,攪拌溶解,升溫至55°C後將計量的過硫 酸銨-亞硫酸氫鈉引發劑滴加到上述反應體係中,恒溫反應4h, 然後以乙醇為沉澱劑,將聚合物乳液進行沉澱,乙醇洗滌3次, 以除去殘留的PVP、未反應單體和均聚物,最後將產物幹燥後,磨碎得到白色粉末,置於幹燥器中保存備用。
單體AM用量(以醇水混合溶劑質量計)對聚丙烯酰胺微 球調剖劑平均粒徑和凝膠強度的影響。隨 AM用量的增加,聚丙烯酰胺微球調剖劑平均粒徑增大,表觀 黏度先增大後減小。但當AM含量高於20%以後,表觀黏度 反而有所降低,這可能是AM含量過多會導致反應體係黏度增大,低聚物自由基沉澱出來後難以在短時間內吸附到足夠 的分散劑分子形成穩定的核,這些不穩定的低聚物自由基很 容易發生單基或雙基終止反應,形成低分子量聚合物,從而 導致聚合物表觀黏度開始下降,因此單體AM含量不宜過高, 含量控製為20%左右較為合適。
引發劑APS用量(以單體質量計)對聚丙烯酰胺微球調剖劑平均粒徑和凝膠強度的影響。隨引發劑APS用量的增加,聚丙烯酰胺微球調剖劑平均粒徑逐漸增大,表觀黏度先增大後減小。根據自由基聚合理論,隨著引發 劑濃度增大,聚合反應速率增大,聚合反應中心由液相向粒子 中的轉移出現得就越早。當引發劑用量為0. 8%,聚合物 微球的表觀黏度最大。
苯乙烯磺酸鈉含量對分散聚合及聚丙烯酰胺微球調剖劑 粒徑和凝膠強度的影響,隨著SSS的用量 增加,聚合物微球調剖劑的凝膠強度逐漸增大,粒徑卻呈現先 降後增的趨勢。苯乙烯磺酸鈉單元中的苯環剛性大,強度大, 磺酸基團水化能力強,因此聚合物微球調剖劑的凝膠強度隨 著SSS含量的增加而增大。但當SSS含量超過10%,由於單體SSS濃度增加,聚合反應速率加快,齊聚物自由基和共聚物鏈生成變快,粒子的捕捉效率相對下降。
(1)采用分散聚合法合成了聚丙烯酰胺微球調剖劑,考察了乙醇/去離子水體積比、丙烯酰胺用量、引發劑用量、分散劑 用量、交聯劑用量、苯乙烯磺酸鈉含量和反應溫度對聚丙烯酰 胺微球調剖劑的粒徑和凝膠強度的影響。
(2)丙烯酰胺聚合物微球調剖劑粒徑可調,平均粒徑為 10〜85pm,並具有較好的分散性和凝膠強度。
(3)初步證實丙烯酰胺和苯乙烯磺酸鈉單體 發生了共聚反應,部分分散劑PVP接枝到聚合物鏈上。
分散聚合法聚丙烯酰胺微球調剖劑的研究