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技术知识

耐温抗盐型聚丙烯酰胺研究进展

时间:2021-05-13 09:13:01点击:0

摘要:综述了三次采油领域应用的耐温抗盐型聚丙烯酰胺研究的较新进展。

目前提高原油采收率已成为中国陆上石油工业持续发展的一项迫切的战略任务。在提高采收率的三次采油(EOR)诸方法中,聚合物驱油技术占有重要地位。我国各大油田都已经采用聚合物驱油技术,注入每吨聚合物平均可增加可采储量167t,预计在2000年,中国利用聚合物驱油技术将增加原油产量1000万t以上。三次采油中所用的聚合物主要是部分水解聚丙烯酰胺(PAM),根据调查分析预测,我国1998年PAM用于三次采油领域的消费量为58kt,预计到2005年用于三次采油的PAM消费量将达110kt,大庆油田、胜利油田、辽河油田都已大规模使用PAM进行三次采油。

PAM在实际应用中出现不少缺点:

① 经济性好、相对分子质量高的聚合物溶解慢,生产工艺复杂,且易发生剪切降解。

② 羧基对盐较为敏感,尤其是存在高价金属离子时易发生沉淀,在高矿化度地层常发生相分离;温度大于70℃时酰胺基易水解,不适应高温地层。因此近年来,国内外对PAM研究的重点多集中在如何获得超高相对分子质量的聚合物产品,如何使超高相对分子质量的PAM更易溶于水及耐温抗盐水溶性聚合物驱油剂的研究与开发。

1 耐温、耐盐PAM的合成

耐温、耐盐PAM的设计主要从以下几个方面入手。

1.1 引入大侧基或刚性侧基团

引入大侧基或刚性侧基可使聚合物具有较高的热稳定性。这样聚合物的水溶液,可在高温下保持较高的粘度。即使老化过程中伴有分子链的断裂,因刚性侧基的位阻效应,分子运动阻力大,聚合物溶液的表现粘度降低幅度较小。可提供大侧基或刚性侧基的单体有苯乙烯磺酸、N-烷基马来酰亚胺、丙烯酰胺基长链烷基磺酸、3-丙烯酰胺基-3-甲基丁酸等。

1.2 引入耐盐基团

在分子中引入对盐不敏感的磺酸基可使高分子的耐盐性明显提高。由于AMPS的特殊结构和其分子中含有对盐不敏感的SO3-基团,所以用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与丙烯酰胺(AMPS-AM)共聚,所得共聚物都具有较好的耐温抗盐性,常志英等选用氧化/还原引发体系进行了AMPS/AM的低温共聚合反应,得到了高分子量(106-107)和高线性规整性的AMPS/AM共聚物产品,经测定表明,这种共聚物具有突出的增粘作用和对高温高盐作用的稳定性,这方面已经有工业应用的报导。梁兵等合成了丙烯酰胺(AM)/N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)共聚物,结果表明金属阳离子对共聚物水溶液粘度的影响甚大,共聚单体AMPS引入的阴离子是造成共聚物盐敏性的原因。在AMPS和DMAM共同影响下,共聚物获得了良好的耐温、抗老化性能。

1.3 引入耐水解基团

采用耐水解的单体与AM等单体共聚可以获得耐温抗盐性能优良的水溶性聚合物。如由耐水解的N-烷基丙烯酰胺和耐盐的AMPS单体的共聚物有很好的耐温抗盐能力,可适用于高矿化度的高温地层。

1.4 引入可抑制酰胺基水解的基团

通常分子链上酰胺基的水解是造成聚合物耐温抗盐性能降低的主要原因,引入可抑制酰胺基水解的单体可使聚合物的耐温抗盐性能提高。N-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)可抑制酰胺基水解,采用NVP与AM共聚,当NVP用量适当时,可明显抑制聚合物分子中酰胺基的水解。因此,AM与NVP共聚合成的多元共聚物具有明显的耐盐能力,由AM与NVP及耐盐的单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)共聚合成的共聚物可达到更好的效果。

1.5 引入疏水基团

在聚合物合成中,引入疏水基团,通过疏水基团的疏水缔合作用是改善聚合物耐温抗盐性的有效途径。

疏水缔合水溶性聚合物是指在聚合物亲水性大分子链上带有少量疏水基团的一类水溶性聚合物。由于其独特的溶液性能,近来它们已经成为增粘聚合物中重要的一族,其水溶液由于分子间疏水基团缔合而形成不稳定的物理交联网络,表现出较好的增粘效应。通过这种缔合形成了非常大的分子结构,大大提高了聚合物溶液的粘度。在剪切作用下,这种超分子结构的动态物理交联网络容易被破坏,因而溶液呈现典型的假塑性行为;但随着剪切作用的降低或消除,大分子链间的物理交联重新形成,其粘度又将恢复。在盐溶液中,小分子电解质的加入使疏水缔合作用增强,溶液粘度增加,表现出明显的抗盐性能。

叶林等采用自由基共聚合反应制备了水溶性丙烯酰胺(AM)/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(NaAMPS)/2-甲基丙烯酰氧乙基-二甲基十二烷基溴化铵(DMDA)疏水两性共聚物,经测试表明,由于在同一聚合物中引入了疏水结构及两性离子结构,这类疏水两性聚合物表现出较好的耐温抗盐等性能。

李季等研究了丙烯酰胺,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸及一种既含磺酸基又含疏水性长链烷基的两亲性表面活性单体的三元共聚物ZYS,经测试该共聚物在溶液中具有较高的耐盐性、短期和长期耐温性、注入性(滤过性)及流过毛细管时的抗剪切性。