溫敏驅(qū)油劑的合成及性能評價

摘 """""要："本文以丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、十六烷基二甲基烯丙基氯化銨為合成單體，采用共聚后水解工藝，合成了溫敏驅(qū)油劑。由紅外光譜曲線可以看出，溫敏驅(qū)油劑的聚合單體均接入納米減阻劑的分子鏈。合成的聚合物具有優(yōu)異的增黏、抗鹽、抗剪切性能，且具有溫度敏感特性，在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高黏度不斷增加。

關(guān) "鍵 "詞：驅(qū)油劑； 聚丙烯酰胺； 溫敏； 抗鹽

中圖分類號：TE357.46 """"文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A """"文章編號： 1004-0935（2024）07-1028-0×4

在油氣田開發(fā)中，部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）作為一種水溶性聚合物增稠劑在三次采油領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用^[1-3]。常規(guī)線性聚合物隨著溫度和礦化度的提高，黏度不斷下降，在儲層條件較差的三類油藏中，常規(guī)聚合物的驅(qū)油效率會大幅度下降，因此，研發(fā)合成一種耐溫抗鹽型驅(qū)油劑對于油田開發(fā)具有重要意義^[4-8]。

本文采用共聚后水解工藝，合成了一種溫敏聚合物，不僅具有良好的抗鹽性能，而且在一定溫度條件下隨著溫度的升高，聚合物黏度不斷增加?？山鉀Q油田現(xiàn)場清配污稀以及現(xiàn)場回注水配液后注入黏度下降的問題。

1 "實(shí)驗(yàn)部分

1.1 "實(shí)驗(yàn)試劑

丙烯酰胺，工業(yè)級，山東諾爾生物科技有限公司；十六烷基二甲基烯丙基氯化銨，工業(yè)級，廣東翁江化學(xué)試劑有限公司；N，N-二甲基丙烯酰胺，工業(yè)級，昆山晟安生物科技有限公司；椰油酰胺丙基甜菜堿，工業(yè)級，山東大明精細(xì)化工有限公司；氫氧化鈉、無水氯化鈣、六水氯化鎂、氯化鈉、甲酸鈉、過硫酸銨、亞硫酸氫鈉，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 "實(shí)驗(yàn)儀器

球形反應(yīng)釜（1 000 mL），上海予華儀器有限公司；數(shù)顯溫度計(jì)，山東朗斯普電子科技有限公司；攪拌器（RW20），德國IKA有限公司；BROOKFIELD黏度計(jì)（GX-2005），美國博勒飛公司；紅外光譜儀（QL-ican9），米德儀器；減阻儀（JZL-1），江蘇華安科研儀器有限公司；流變儀（HAAKE MARS 40），賽默飛世爾科技有限公司；電子分析天平（ME104），廣東鼎衡自動化設(shè)備有限公司。

2 "溫敏驅(qū)油劑的合成及其結(jié)構(gòu)表征

2.1 "溫敏驅(qū)油劑的合成

溫敏驅(qū)油劑的合成包含以下4個步驟：1）在燒杯中加入丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、十六烷基二甲基烯丙基氯化銨、椰油酰胺丙基甜菜堿和去離子水，充分溶解后，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液pH，充分混合均勻；2）體系溫度調(diào)整至10 ℃，通氮?dú)獬?0 min，加入氧化劑過硫酸銨和還原劑亞硫酸氫鈉引發(fā)聚合，溫度反應(yīng)至最高溫度后保溫4 h反應(yīng)結(jié)束；3）取出反應(yīng)完成的膠塊，通過造粒機(jī)將膠塊破碎為細(xì)小膠粒；4）在細(xì)小膠粒中加入一定比例的氫氧化鈉，混合均勻后在80 ℃條件下水解4 h，水解完成后，造粒，烘干、粉碎得到溫敏驅(qū)油劑。其反應(yīng)式如下式所示：

2.2 "紅外光譜分析

用傅里葉紅外變換紅外光譜儀測定溫敏驅(qū)油劑的紅外光譜，紅外譜圖如圖1所示。

由溫敏驅(qū)油劑的紅外光譜圖可以看出，在1 565 cm^-1左右處的吸收峰為季銨鹽分子中的C-H彎曲振動和C-N伸展振動，1 720 cm^-1處的吸收峰是酰胺基團(tuán)中的C=O鍵的伸縮振動峰，2 910 cm^-1處的吸收峰是飽和C-H鍵的吸收峰，3 360 cm^-1處的吸收峰是酰胺基團(tuán)中的-CO-NH-的伸縮振動峰，由紅外譜圖可以看出，溫敏驅(qū)油劑的聚合單體均接入減阻劑的分子鏈。

3 "溫敏驅(qū)油劑性能評價

3.1 "增黏性能分析

對比測試在不同濃度下溫敏聚合物與常規(guī)線型聚合物的黏度變化，鹽水采用Q/SH CG 0159—2021中6.2.2規(guī)定的Ⅱ型標(biāo)準(zhǔn)鹽水，常規(guī)線性聚合物采用山東諾爾生物科技有限公司生產(chǎn)的2 500萬分子量線性聚合物高分子，在室溫下測定其表觀黏度變化情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著濃度的提高，常規(guī)線性聚合物和溫敏聚合物的黏度都大幅增加，其中溫敏聚合物的增加幅度更大。在聚合物質(zhì)量濃度1"000×10^-6以內(nèi)時，溫敏聚合物的黏度比常規(guī)線性聚合物的黏度低，超過1"000×10^-6后，溫敏聚合物的黏度大幅度增加，增黏效果優(yōu)于常規(guī)線性聚合物，這是因?yàn)樵跍孛艟酆衔锓肿渔溨写嬖谑杷畟?cè)鏈，當(dāng)聚合物的濃度超過締合濃度后，分子間的疏水締合效果增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)黏度迅速增大；當(dāng)濃度過低時，未達(dá)到分子間的締合濃度，聚合物分子鏈主要為分子內(nèi)締合，使分子鏈卷曲，從而導(dǎo)致水化效果差，增黏效果變?nèi)?sup>[9-11]。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著濃度的提高，常規(guī)線性聚合物和溫敏聚合物的粘度都大幅增加，其中溫敏聚合物的增加幅度更大。在聚合物濃度1000ppm以內(nèi)時，溫敏聚合物的粘度比常規(guī)線性聚合物的粘度低，超過1000ppm后，溫敏聚合物的粘度大幅度增加，增黏效果優(yōu)于常規(guī)線性聚合物，這是因?yàn)樵跍孛艟酆衔锓肿渔溨写嬖谑杷畟?cè)鏈，當(dāng)聚合物的濃度超過締合濃度后，分子間的疏水締合效果增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)粘度迅速增大；當(dāng)濃度過低時，未達(dá)到分子間的締合濃度，聚合物分子鏈主要為分子內(nèi)締合，使分子鏈卷曲，從而導(dǎo)致水化效果差，增黏效果變?nèi)酢?/p>

3.2 "抗鹽性能分析

為測定溫敏聚合物的抗鹽性能，采用Ⅱ型標(biāo)準(zhǔn)鹽水中各種離子的比例，配制礦化度為1 000×10^-6、5 000×10^-6、10 000×10^-6、20 000×10^-6以及40 000×10^-6的鹽水，在25 ℃下測定溫敏聚合物和線性聚合物在不同鹽水下表觀黏度的變化情況，測試濃度為1 500×10^-6，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著礦化度的增加，溫敏聚合物和線性聚合物的黏度都下降，但線性聚合物下降的幅度更大，溫敏聚合物在低礦化度條件下，下降幅度較大，在高礦化度條件下，下降幅度相對較小，這是因?yàn)椋诘偷V化度條件下線性聚合物的親水基團(tuán)得到充分伸展，而溫敏聚合物同時存在親水基團(tuán)和疏水側(cè)鏈，在高礦化度條件下，溫敏聚合物的增黏效果增強(qiáng)^[12-14]。

3.3 "抗剪切性能分析

用流變儀分別測定溫敏驅(qū)油劑和線性聚合物在不同剪切速率下的黏度，測試溫度為25 ℃，測試鹽水為Ⅱ型標(biāo)準(zhǔn)鹽水，聚合物濃度為1 500×10^-6，剪切速率從1 s^-1逐漸增長到340 s^-1實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由剪切測試數(shù)據(jù)可以看出，溫敏聚合物和線性聚合物隨著剪切速率的升高，黏度不斷下降，即出現(xiàn)剪切變稀現(xiàn)象。線性聚合物隨著剪切速率的升高，黏度下降幅度比溫敏聚合物大，說明溫敏聚合物具有較好的抗剪切性能。

3.4 "抗溫性能分析

為測定溫敏聚合物的抗溫性能，用流變儀分別測定線性聚合物和溫敏聚合物在35、50、65、80、95、110 ℃下的黏度，每個溫度測定時間為10 min，測試鹽水為Ⅱ型標(biāo)準(zhǔn)鹽水，聚合物質(zhì)量濃度為1 500×10^-6，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由流變測試數(shù)據(jù)可以看出，常規(guī)線性聚合物隨著溫度的升高，黏度不斷下降，而溫敏聚合物隨著溫度的升高，黏度不斷升高，在80 ℃之后，黏度大幅度提高，這是溫敏單體與疏水單體共同對聚合物的黏度作用的影響。

4 "結(jié) 論

1）本文以丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、十六烷基二甲基烯丙基氯化銨為合成單體，采用共聚后水解工藝，合成了溫敏驅(qū)油劑，由紅外光譜曲線可以看出，溫敏驅(qū)油劑的聚合單體均接入納米減阻劑的分子鏈。

2）通過性能評價數(shù)據(jù)可知，合成的聚合物具有優(yōu)異的增黏、抗鹽、抗剪切性能，且具有溫度敏感特性，在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高黏度不斷增加。

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Synthesis and Performance Evaluation of Temperature

Sensitive Oil Displacement Agents

SUN Jian-bo， FU Xin， LIU Jie， GENG Xiang-bin， REN Ru-yue

（Shandong Nuoer Biotechnology Co.， Ltd.，"Dongying"Shandong Dongying 257000，，"China）

Abstract："In this paper， Acrylamide， N，"N-dimethylacrylamide and cetyldimethylallylammonium chloride were used as synthetic monomers， and the temperature-sensitive oil displacement agent was synthesized by hydrolysis process after copolymerization. It can bewas"seen from the infrared spectrum curve that the polymerized monomers of the temperature-sensitive oil displacement agent are were all connected to the molecular chain of the nano-drag reducer. The synthesized polymer has had excellent tackifying， salt resistance， shear resistance， and temperature-sensitive properties. In a certain range， the viscosity increases increased with the increase of temperature.

Key words："Oil displacement agentEor; "Polyacrylamide; "Temperature sensitive; "Salt resistance