HPAM-酚醛有機(jī)交聯(lián)體系的成膠性能、流變行為及動(dòng)態(tài)性能研究.pdf

1、部分水解聚丙烯酰胺是最廣泛應(yīng)用的水溶性聚合物之一，被大量用于油田工業(yè)的調(diào)剖驅(qū)油。聚丙烯酰胺三次采油驅(qū)油劑目前面臨一大難題：耐溫抗鹽性能差，難以滿足高溫高鹽油藏驅(qū)油的需要。部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)/水溶性酚醛(resole)有機(jī)交聯(lián)反應(yīng)體系，在分子鏈中引入了苯環(huán)，使凝膠具有很好的耐溫抗鹽性，是最有應(yīng)用前景的驅(qū)油劑之一。交聯(lián)聚合物溶液可通過兩種途徑制得，第一種是由小分子聚合物反應(yīng)交聯(lián)制得，另外一種是在聚合物大分子溶液中加入交聯(lián)劑制得交

2、聯(lián)聚合物溶液。與第一種方法相比，在大分子溶液中加入小分子交聯(lián)劑制得的交聯(lián)聚合物凝膠，由于交聯(lián)過程中聚合物分子量大、溶解性差，研究手段少等原因，研究的較少，理論發(fā)展不完善。 本文主要研究了HPAM/resole有機(jī)交聯(lián)體系的交聯(lián)配方，交聯(lián)機(jī)理，交聯(lián)體系的流變行為及動(dòng)態(tài)性能，除了對(duì)驅(qū)油劑的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持外，對(duì)交聯(lián)凝膠的理論發(fā)展也具有促進(jìn)作用。 首先，比較了幾種有機(jī)交聯(lián)劑的交聯(lián)增粘性能，從而選定最優(yōu)的交聯(lián)劑配方。再

3、將交聯(lián)劑與部分水解聚丙烯酰胺反應(yīng)進(jìn)行成膠實(shí)驗(yàn)，通過測(cè)定粘度、抗鹽能力及老化性能來確定成膠配方。 利用哈克流變儀對(duì)清水樣和鹽水樣的部分水解聚丙烯酰胺溶液及弱凝膠在線性和非線性粘彈性區(qū)域的流變行為進(jìn)行了研究，獲得了很多關(guān)于化學(xué)交聯(lián)弱凝膠的流變行為方面的有用信息，并對(duì)交聯(lián)體系的交聯(lián)機(jī)理進(jìn)行了深入的探討。通過分析交聯(lián)過程，清水樣在凝膠化過程中的流動(dòng)曲線及體系零切粘度的變化，我們發(fā)現(xiàn)部分水解聚丙烯酰胺與水溶性酚醛的交聯(lián)過程可分為三階段：誘

4、導(dǎo)期，加速期和終止期。交聯(lián)反應(yīng)在聚合物稀溶液中進(jìn)行時(shí)，體系生成分子內(nèi)交聯(lián)點(diǎn)的幾率增大。而分子內(nèi)、分子間的不同尺度的交聯(lián)導(dǎo)致弱凝膠體系結(jié)構(gòu)的不均勻性引起了弱凝膠體系在低剪切速率下的剪切增稠現(xiàn)象，隨著交聯(lián)程度的增加，這種現(xiàn)象向更低的剪切速率移動(dòng)，且變得不明顯。交聯(lián)過程結(jié)束后，無論是清水樣還是模擬地層污水樣，隨著時(shí)間的增加開始發(fā)生老化，粘度下降或脫水，這是由聚丙烯酰胺的水解，以及稀溶液過度交聯(lián)形成的網(wǎng)絡(luò)發(fā)生收縮引起的。 無論是增加聚合

5、物的濃度還是交聯(lián)劑的濃度，形成的弱凝膠的粘度都會(huì)增加，反應(yīng)速度也會(huì)加快。對(duì)清水樣來講，隨著聚合物濃度的增加，最終會(huì)導(dǎo)致剪切增稠現(xiàn)象的消失。通過測(cè)試分析所獲得的不同溫度下的流變曲線，發(fā)現(xiàn)在較高溫度下體系在低剪切速率下具有更大的粘度，但耐剪切性下降。 動(dòng)態(tài)流變測(cè)試表明與HPAM溶液相比其弱凝膠具有較高的強(qiáng)度。對(duì)聚丙烯酰胺溶液來說，G′開始低于G″，而隨著剪切速率增加，G′最終超過G″；而對(duì)于弱凝膠來說G′始終高于G″值，弱凝膠表現(xiàn)出

6、較強(qiáng)的固體或彈性特征，而液體或粘性特征較弱。 用動(dòng)態(tài)光散射對(duì)HPAM溶液及弱凝膠的溶液性能進(jìn)行了表征，并探討了鹽離子，散射光強(qiáng)及溫度對(duì)HPAM交聯(lián)體系的影響。研究結(jié)果表明無論是HPAM溶液還是HPAM弱凝膠的結(jié)構(gòu)都具有多分散的，存在很大的非均勻。對(duì)HPAM交聯(lián)體系的交聯(lián)過程進(jìn)行了跟蹤。散射光強(qiáng)一時(shí)間相關(guān)方程表明鹽離子能夠促使HPAM溶液形成可逆的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，在反應(yīng)溫度下化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)能夠較快的發(fā)生，隨著交聯(lián)程度的增加，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)所占的