HPAM/酚醛有机交联体系的成胶性能、流变行为及动态性能研究

摘要

部分水解聚丙烯酰胺是最广泛应用的水溶性聚合物之一，被大量用于油田工业的调剖驱油。聚丙烯酰胺三次采油驱油剂目前面临一大难题：耐温抗盐性能差，难以满足高温高盐油藏驱油的需要。部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)/水溶性酚醛(resole)有机交联反应体系，在分子链中引入了苯环，使凝胶具有很好的耐温抗盐性，是最有应用前景的驱油剂之一。交联聚合物溶液可通过两种途径制得，第一种是由小分子聚合物反应交联制得，另外一种是在聚合物大分子溶液中加入交联剂制得交联聚合物溶液。与第一种方法相比，在大分子溶液中加入小分子交联剂制得的交联聚合物凝胶，由于交联过程中聚合物分子量大、溶解性差，研究手段少等原因，研究的较少，理论发展不完善。 本文主要研究了HPAM/resole有机交联体系的交联配方，交联机理，交联体系的流变行为及动态性能，除了对驱油剂的应用提供理论基础和技术支持外，对交联凝胶的理论发展也具有促进作用。 首先，比较了几种有机交联剂的交联增粘性能，从而选定最优的交联剂配方。再将交联剂与部分水解聚丙烯酰胺反应进行成胶实验，通过测定粘度、抗盐能力及老化性能来确定成胶配方。 利用哈克流变仪对清水样和盐水样的部分水解聚丙烯酰胺溶液及弱凝胶在线性和非线性粘弹性区域的流变行为进行了研究，获得了很多关于化学交联弱凝胶的流变行为方面的有用信息，并对交联体系的交联机理进行了深入的探讨。通过分析交联过程，清水样在凝胶化过程中的流动曲线及体系零切粘度的变化，我们发现部分水解聚丙烯酰胺与水溶性酚醛的交联过程可分为三阶段：诱导期，加速期和终止期。交联反应在聚合物稀溶液中进行时，体系生成分子内交联点的几率增大。而分子内、分子间的不同尺度的交联导致弱凝胶体系结构的不均匀性引起了弱凝胶体系在低剪切速率下的剪切增稠现象，随着交联程度的增加，这种现象向更低的剪切速率移动，且变得不明显。交联过程结束后，无论是清水样还是模拟地层污水样，随着时间的增加开始发生老化，粘度下降或脱水，这是由聚丙烯酰胺的水解，以及稀溶液过度交联形成的网络发生收缩引起的。 无论是增加聚合物的浓度还是交联剂的浓度，形成的弱凝胶的粘度都会增加，反应速度也会加快。对清水样来讲，随着聚合物浓度的增加，最终会导致剪切增稠现象的消失。通过测试分析所获得的不同温度下的流变曲线，发现在较高温度下体系在低剪切速率下具有更大的粘度，但耐剪切性下降。 动态流变测试表明与HPAM溶液相比其弱凝胶具有较高的强度。对聚丙烯酰胺溶液来说，G′开始低于G″，而随着剪切速率增加，G′最终超过G″；而对于弱凝胶来说G′始终高于G″值，弱凝胶表现出较强的固体或弹性特征，而液体或粘性特征较弱。 用动态光散射对HPAM溶液及弱凝胶的溶液性能进行了表征，并探讨了盐离子，散射光强及温度对HPAM交联体系的影响。研究结果表明无论是HPAM溶液还是HPAM弱凝胶的结构都具有多分散的，存在很大的非均匀。对HPAM交联体系的交联过程进行了跟踪。散射光强一时间相关方程表明盐离子能够促使HPAM溶液形成可逆的交联结构，在反应温度下化学交联反应能够较快的发生，随着交联程度的增加，交联网络所占的比率增加。交联体系的粒径随着反应的进行而增加，达到一个最大值后开始下降，测量的散射质具有尺寸标度性。另外发现温度、光强(散射角度)对交联体系也有较大的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

1.1研究背景

1.2 EOR方法概述

1.3聚合物驱油剂

1.3.1.部分水解聚丙烯酰胺

1.3.2黄原胶

1.3.3 HPAM弱凝胶

1.4聚丙烯酰胺凝胶体系的种类与交联机理

1.4.1聚丙烯酰胺金属交联体系

1.4.2聚丙烯酰胺有机交联体系

1.5本文构思和主要研究内容

1.5.1本文构思

1.5.2主要研究内容：

第二章 交联剂的合成及成胶实验

2.1主要原料及测试仪器

2.1.1原料

2.1.2测试仪器

2.2实验方法

2.2.1聚丙烯酰胺母液的制备

2.2.2模拟地层污水的制备

2.2.3有机交联剂的配胶实验

2.2.4甲醛含量及游离甲醛含量的滴定

2.3交联剂的合成

2.3.1水溶性酚醛交联剂的合成

2.3.2三羟甲基苯酚的合成与提纯

2.3.3脲醛树脂的合成

2.4结果与讨论

2.4.1酚醛/脲醛交联剂的合成条件优化

2.5本章小结

第三章 HPAM交联体系的流变行为

3.1凝胶的制备

3.2测试仪器

3.3数据分析

3.4结果及讨论

3.4.1清水样的流变结果及讨论

3.4.2模拟地层污水样的流变行为

3.5本章小结

第四章 HPAM凝胶及溶液的动态行为

4.1样品的制备

4.1.1除尘

4.1.2制备样品

4.2测试仪器

4.3数据分析

4.4结果与讨论

4.4.1 HPAM结构的非均匀性

4.4.2动态光散射对HPAM交联过程的跟踪

4.4.3温度的影响

4.4.4测量角度的依赖性

4.5本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表和待发表的论文