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疏水修饰聚丙烯酰胺（HMPAM）与嵌段聚醚的复合作用

作　者: 韩婷婷
导　师: 徐桂英
学　校: 山东大学
专　业: 胶体与界面化学
关键词: 疏水修饰聚丙烯酰胺(HMPAM) 支状嵌段聚醚(SD-6) 聚氧乙烯聚氧丙烯二甲基硅氧烷(PSEP) 流变性质高温高盐
分类号: TE39
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

疏水修饰水溶性聚合物(Hydrophobically modified water-soluble polymer, HMWSP,也称疏水缔合水溶性聚合物)是在传统聚合物链上引入少量疏水基团得到的,具有一定的表面活性。在浓度高于某一临界值时,主要发生分子间缔合作用形成物理交联网络结构,溶液黏度显著增大,在高剪切力作用下,该结构可以被拆散,溶液粘度降低,而当剪切力降低或撤去时,结构可以恢复,溶液粘度升高,且溶液具有一定的耐盐和耐温特性。此类聚合物在增黏、凝胶制备、反相微乳液制备、增溶等方面表现优异并广泛应用于相关领域。水解聚丙烯酰胺(HPAM)能够增加注入水的黏度,扩大水驱的波及效率,还可以降低渗透率,从而提高原油采收率,因此被广泛应用于三次采油中。然而,HPAM水溶液的流变行为不仅依赖于其分子量、水解度和浓度,而且温度和无机盐浓度等因素对其有很大影响,并且HPAM具有一定的化学降解性,难以满足高盐、高温油藏强化采油技术的要求。因此,疏水修饰聚丙烯酰胺(HMPAM)及其与表面活性剂的复合作用的研究日益受到重视。本论文主要针对油田实际应用,通过荧光光谱和体相流变方法研究了高温下HMPAM水溶液和矿化水溶液的聚集行为和流变行为,考察了两种不同结构的聚醚类表面活性剂(支状嵌段聚醚SD-6和聚硅氧烷基嵌段的线形聚醚PSEP)对HMPAM溶液的流变行为的影响。此外,为满足不同的应用条件,论文还考察了常温下HMPAM与PSEP的复合作用及无机盐的影响。研究内容主要分为三部分：论文的第一部分概述了疏水修饰聚丙烯酰胺的基本性质、在三次采油中的重要应用及其与表面活性剂混合体系的研究进展,阐明了研究HMPAM与非离子表面活性剂复合作用的重要意义。论文的第二部分通过表面张力测定考察了HMAPM的表面活性,用荧光光谱法研究其在高温下(55和65。C)的水溶液和矿化水溶液中的聚集行为,并通过流变性质研究考察了在高温下水溶液和矿化水溶液中HMPAM与支状嵌段聚醚SD-6的复合作用,矿化水中无机离子的存在有利于高温下SD-6改善HMPAM的流变性质,一方面无机离子的存在能够屏蔽HMPAM分子内的静电引力；另一方面高价阳离子(Ca2+和Mg2+)与氧乙烯基的络合作用也有利于体系黏度和粘弹性的保持。而HMPAM水溶液的表观黏度随放置时间增长很快降低至几十mPa·S,粘弹性也很快丧失。根据对矿化水溶液在65℃下的流动性质和岩心驱替效果的研究,推测HMPAM和SD-6浓度分别为1750、25mg·L-1的混合体系作为驱油体系用于65℃和总矿化度为8074 mg·L-1的油藏进行聚合物驱具有良好的应用前景。论文的第三部分分为两小节。第一节主要通过流变测试对HMPAM与线形聚硅氧烷嵌段的聚醚PSEP在常温下水溶液中的复合作用进行了研究,考察了HMPAM浓度、PSEP浓度及无机盐(MgCl2和CaCl2)对混合体系的流变性质的影响。在PSEP浓度相同的条件下,随着HMPAM浓度增大体系中形成更牢固的网络结构。而在HMPAM浓度相同的情况下,随着PSEP浓度增大,一方面HMPAM和PSEP分子间的疏水作用增强,体系中倾向于形成更牢固的网络结构；另一方面,PSEP分子之间的疏水相互作用也随PSEP浓度增大而增强,这种相互作用使体系中倾向于形成PSEP分子的聚集体而不利于网络结构的形成。对于含有较低浓度无机盐的体系,阳离子(Mg2’和Ca2+)与-COO的静电相互作用和与PSEP的氧乙烯基的络合作用能够促进网络结构的形成；随着盐浓度的增大,静电作用和络合作用都显著增强,导致HMPAM分子链发生卷曲,从而破坏网络结构。第二小节主要通过流变测试对HMPAM与PSEP在高温下水溶液和矿化水溶液中的复合作用进行了研究,在55℃下,HMPAM矿化水溶液中,无机离子对HMPAM分子内静电吸引力的屏蔽、高价阳离子在HMPAM分子间的-COO基团架桥、高价阳离子与PSEP的EO基团形成络合物等作用的驱使下,使溶液保持了较高的黏度和粘弹性。其中含较低浓度PSEP的矿化水溶液具有最高的黏度和粘弹性。而在65℃下,无论是水溶液还是矿化水溶液,PSEP都不能改善HMPAM溶液的黏度。对比SD-6和PSEP对HMPAM水溶液和矿化水溶液流变性的影响可以看出,SD-6对HMPAM矿化水溶液流变性的改善效果优于PSEPo

全文目录

摘要  10-12
Abstract  12-15
第一章绪论  15-37
  1.1 疏水修饰水溶性聚合物  15-16
  1.2. 疏水修饰聚丙烯酰胺  16-24
    1.2.1 聚丙烯酰胺  16-18
    1.2.2 疏水修饰聚丙烯酰胺  18-24
      1.2.2.1 疏水修饰聚丙烯酰胺的研究现状  18-19
      1.2.2.2 疏水修饰聚丙烯酰胺在三次采油中的应用  19-22
      1.2.2.3 疏水修饰聚丙烯酰胺与表面活性剂的相互作用  22-24
  1.3 嵌段聚醚类表面活性剂与聚合物的相互作用  24-25
  1.4 论文的研究背景和研究内容  25-26
  参考文献  26-37
第二章高温下疏水修饰聚丙烯酰胺与支状嵌段聚醚的复合作用  37-61
  2.1 前言  37
  2.2 实验部分  37-41
    2.2.1 实验药品  37-38
    2.2.2 溶液配制  38-39
    2.2.3 实验方法及仪器  39-41
  2.3 结果与讨论  41-57
    2.3.1 HMPAM及SD-6的表面活性  41
    2.3.2 HMPAM在溶液中聚集行为  41-42
    2.3.3 SD-6对HMPAM溶液表观黏度的影响  42-49
    2.3.4 SD-6对HMPAM溶液粘弹性的影响  49-52
    2.3.5 SD-6对HMPAM溶液复合黏度的影响  52-53
    2.3.6 SD-6与HMPAM在矿化水溶液中的相互作用机理探讨  53-55
    2.3.7 SD-6对HMPAM溶液流动性质的影响  55
    2.3.8 SD-6对HMPAM溶液驱油效果的影响  55-57
  2.4 结论  57
  参考文献  57-61
第三章疏水修饰聚丙烯酰胺与硅氧烷嵌段聚醚的复合作用  61-93
  第一节常温下HMPAM与PSEP的复合作用  62-73
    3.1.1 前言  62
    3.1.2 实验部分  62-63
      3.1.2.1 实验药品  62-63
      3.1.2.2 溶液配制  63
      3.1.2.3 实验方法及仪器  63
    3.1.3 结果与讨论  63-72
      3.1.3.1 HMPAM浓度对HMPAM/PSEP体系流变性的影响  63-67
      3.1.3.2 PSEP浓度对HMPAM/PSEP混合体系流变性质的影响  67-69
      3.1.3.3 MgCl_2和CaCl_2对含较低浓度PSEP的混合体系流变性的影响  69-71
      3.1.3.4 常温下HMPAM与PSEP在水溶液中的作用机理探讨  71-72
    3.1.4 本节结论  72-73
  第二节高温下HMPAM与PSEP的复合作用  73-88
    3.2.1 前言  73
    3.2.2 实验部分  73-74
      3.2.2.1 实验药品  73
      3.2.2.2 溶液配制  73-74
      3.2.2.3 实验方法及仪器  74
    3.2.3 结果与讨论  74-87
      3.2.3.1 PSEP对HMPAM溶液表观黏度的影响  74-80
      3.2.3.2 PSEP对HMPAM溶液粘弹性的影响  80-84
      3.2.3.3 PSEP对HMPAM溶液复合黏度的影响  84-86
      3.2.3.4 高温时PSEP与HMPAM在水溶液和矿化水溶液中的相互作用机理探讨  86-87
    3.2.4 本节结论  87-88
  参考文献  88-93
论文的创新点与不足  93-94
致谢  94-95
攻读硕士期间发表的论文  95-105
学位论文评阅及答辩情况表  105

疏水修饰聚丙烯酰胺（HMPAM）与嵌段聚醚的复合作用

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