硅氧烷季铵盐改性阳离子型两亲聚合物的合成与性能研究

摘要

本文以丙烯酰胺(AM)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为主要原料，在聚合物结构中引入具有良好表界面活性的有机硅功能基，设计合成了一种硅氧烷季铵盐改性的阳离子型两亲聚合物稠油降粘剂。开发研究了其合成工艺条件及使用方法。该降粘剂具有用量少、自乳化等特点，操作使用方便;其抗温耐盐以及降粘性能等能够满足高温、高粘和高矿化度稠油的开采要求;具有适宜的乳化稳定性，原油开采后易于破乳脱水。同时，采用相关仪器设备表征了硅氧烷季铵盐单体和所合成聚合物的结构、性能，初步探讨了硅氧烷季铵盐单体对聚合物降粘性能的影响。本论文主要包括以下工作:
　　1、以1，1，1，3，3，5，5-七甲基硅氧烷、4-溴-1-丁烯和甲基丙烯酸二甲氨乙酯为原料，先后通过硅氢加成和季铵化反应合成了可聚合的具有表面活性的N-甲基丙烯酰氧化乙基，N-丁基七甲基三硅氧烷N，N-二甲基溴化铵（单体S），使用核磁共振光谱和红外光谱对单体S进行了结构表征。利用表面张力仪和稳态荧光法测试了单体S的表面活性。结果表明，单体S具有优异的表面活性和低临界胶束浓度。
　　2、以计量的AM、单体S和DMDAAC中的两种或三种单体为原料，偶氮二异丁基脒盐酸盐(AIBA)为引发剂，通过自由基聚合合成了两亲聚合物PAS、PAD和PADS。采用核磁共振光谱、红外光谱、元素分析等方法对PAS、PAD和PADS进行了结构表征，使用激光静态光散射测试了三种聚合物分子量。
　　3、用不同手段测试了聚合物PAS、PAD、PADS溶液的流体力学半径、表面张力、界面张力、接触角等，系统地研究了三种聚合物在水溶液中的聚集行为。结果表明，PAS、PADS具有优异的表面活性、界面活性和润湿能力，PAD的表面活性、界面活性和润湿能力较差。将聚合物作为稠油降粘剂使用，当使用浓度为0.6g/L时，PAD降粘率为94.5％，PAS、PADS降粘率可以达到98.0％以上。聚合物的耐盐性能研究发现，PAD、PADS均具有优异的耐盐性能，而PAS只有单体S添加量较高时才具有一定耐盐性能。对聚合物的耐老化性能进行测试，结果表明1.0g/L的PAS、PADS、PAD溶液在65℃下老化15天仍然具有良好的降粘效果。测试稠油乳化后乳状液的稳定性，PAS、PADS产生的乳状液稳定性较差，静置0.5～1.0小时，脱水率可以达到85-90.0％，而PAD的脱水率最高为74.5％通过对PAS2、PADS5、PAD三种聚合物的溶液性能和降粘性能研究发现，在聚合物PADS5中，单体S和DMDAAC能够协同作用，提高聚合物的表面活性和界面活性及润湿性能;较PAS2和PAD，聚合物PADS5对稠油的降粘性能及耐温、耐盐和耐老化性能都有明显提高，而且对稠油乳化降粘后，使得体系处于一种不稳定状态，更利于乳状液脱水。

目录

声明

摘要

1．1．1 稠油概况

1．1．2 稠油开采技术

1．1．3 稠油降粘的发展趋势

1．2 稠油乳化降黏技术

1．2．1 乳化降黏机理

1．2．2 乳化剂分类

1．2．3 乳状液稳定性

1．3 聚丙烯酰胺的应用

1．3．1 聚丙烯酰胺简介

1．3．2 聚丙烯酰胺在稠油降粘中的应用

1．4 有机硅表面活性剂

1．4．1 有机硅表面活性剂简介

1．4．2 有机硅表面活性剂在油田化学中的应用

1．5 研究目的和内容

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究内容

第二章 硅氧烷季铵盐单体及二／三元两亲聚合物的合成与表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料

2．2．2 测试方法

2．2．3 合成路线

2．3 结果与讨论

2．3．1 硅氧烷季铵盐单体的表征

2．3．2 聚合物的表征

2．4 小结

第三章 聚合物PAS／PAD溶液性能和稠油降粘性能的研究

3．2．2 测试方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 PAS／PAD溶液性能测试

3．3．2 PAS／PAD降粘性能测试

3．4 小结

第四章 聚合物PADS溶液性能研究和降粘性能的探究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料

4．2．2 测试方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 PADS溶液性能测试

4．3．2 PADS降粘性能测试

4．4 PAD／PAS／PADS两亲聚合物的性能比较与分析

4．4．1 溶液性能对比

4．4．2 降粘性能对比

4．5 小结

第五章 全文总结

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文