孫玉海， 楊景輝， 李永鵬， 馮雷雷， 王 娟， 潘 磊， 潘明鳳

(1中國(guó)石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院 2中國(guó)石化勝利油田東勝分公司 3山東寶莫生物化工股份有限公司)

目前的國(guó)內(nèi)稠化劑產(chǎn)品多表現(xiàn)出抗剪切性差、增黏能力弱、耐溫耐酸性較差[9-11]等缺陷，迫切需要對(duì)稠化劑進(jìn)行深入研究。因此，本文分別采用不同類(lèi)型的陽(yáng)離子單體與丙烯酰胺共聚制備出酸化用陽(yáng)離子稠化劑，并研究單體類(lèi)型對(duì)其增黏性、熱穩(wěn)定性和抗剪切性的影響，對(duì)其下步應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1. 試劑及儀器

試劑：甲基丙烯酰丙基三甲基氯化銨(MAPTAC)，AR；甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)，AR；丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DAC)，AR；丙烯酰胺(AM)，AR；丙烯酸二甲胺基乙酯(DA)，AR；過(guò)硫酸鉀(KPS)，AR；亞硫酸氫鈉(SS)，AR；偶氮二異丁腈(AIBN)，AR；去離子水。

儀器：4口反應(yīng)燒瓶、恒溫水浴、恒溫干燥箱、電子天平、烏氏黏度計(jì)和六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)。

2. 稠化劑制備

陽(yáng)離子單體以MAPTAC為例，按比例將AM、MAPTAC、DA、尿素、AIBN和去離子水加入到4口燒瓶中。20℃恒溫，通氮除氧30 min。按設(shè)計(jì)量加入KPS和SS，30 min后開(kāi)始聚合，繼續(xù)通氮?dú)?5 min，4 h后反應(yīng)結(jié)束。制得稠化劑的膠體。經(jīng)過(guò)造粒，烘干，得到陽(yáng)離子稠化劑MAP-1。

參照上述聚合條件，分別以DMC和DAC為陽(yáng)離子單體，制備出了DM-1和DA-1兩種稠化劑。

3. 稠化劑分子量測(cè)定

根據(jù) GB/T 12005.1-1989《聚丙烯酰胺特性黏數(shù)測(cè)定方法》，采用稀釋外推法，在30℃±0.5℃，1 mol/L的NaCl水溶液條件下，用烏氏黏度計(jì)測(cè)定聚合物的特性黏數(shù)。

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)年輕人的思想道德建設(shè)也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。青少年在學(xué)習(xí)傳統(tǒng)文化的過(guò)程中，可以從古人先進(jìn)的思想文化中汲取先進(jìn)的知識(shí)完善自己的知識(shí)系統(tǒng)。當(dāng)代社會(huì)，青少年的學(xué)業(yè)壓力過(guò)大，忽略了對(duì)自身思想道德和價(jià)值取向的建設(shè)。接受傳統(tǒng)文化的教育與熏陶，不僅可以開(kāi)拓視野，增加知識(shí)面，在豐富青少年精神內(nèi)涵的同時(shí)也提高了思想境界。

4.酸液稠化劑性能的測(cè)定

根據(jù) SY/T 6214-1996《酸液稠化劑的評(píng)價(jià)方法》評(píng)價(jià)，用濃度為20%的鹽酸分別配制不同濃度的MAP-1、DM-1和DA-1溶液進(jìn)行性能研究。

二、結(jié)果與討論

1. 聚合影響因素

固定各共聚單體的投料量，其中MAPTAC的質(zhì)量投料比為30.0%，AM的質(zhì)量投料比為70.0%，單體原料總的固含量為25.0%，聚合反應(yīng)時(shí)控制引發(fā)溫度為20℃，反應(yīng)時(shí)間為4 h。

1.1 引發(fā)劑用量

從圖1中看出，隨著引發(fā)劑用量的增加，產(chǎn)物的特性黏數(shù)值減小，說(shuō)明樣品分子量也減小。這是因?yàn)殡S著引發(fā)劑用量的增加，聚合反應(yīng)初期生成的初級(jí)自由基數(shù)目增多，導(dǎo)致自由基相互碰撞的幾率增大，鏈終止的機(jī)會(huì)增多，使得聚合產(chǎn)物分子鏈變短，特性黏度降低，因而使得產(chǎn)物分子量下降。

圖1 引發(fā)劑用量對(duì)稠化劑特性黏數(shù)的影響

1.2 溫度的影響

從圖2中看出，隨著聚合反應(yīng)溫度的上升，聚合所得產(chǎn)物的特性黏數(shù)值減小，產(chǎn)品分子量也減小。

圖2 聚合反應(yīng)溫度對(duì)稠化劑特性黏數(shù)的影響

1.3 固含量對(duì)聚合的影晌

固定反應(yīng)溫度為20℃，固定引發(fā)劑的用量；通過(guò)改變單體的固含量(單體的總濃度)來(lái)考察對(duì)所得產(chǎn)物分子量的影響。結(jié)果如表1。

表1 固含量對(duì)特性黏數(shù)的影響

結(jié)果表明，隨單體濃度的增加，產(chǎn)品特性黏數(shù)呈上升趨勢(shì)。但是，當(dāng)單體濃度超過(guò)35%后，產(chǎn)品水溶性開(kāi)始變差，單體濃度為45%時(shí)體系發(fā)生交聯(lián)，產(chǎn)品完全不溶解。

參照上述聚合條件，成功制備出了分子量為400×104左右、帶有不同陽(yáng)離子單體的系列稠化劑，見(jiàn)表2。

表2 制備的稠化劑樣品

2. 稠化酸體系的性能

2.1 增黏性能

考察稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)和單體類(lèi)型對(duì)酸液黏度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 稠化劑加量與酸液黏度的關(guān)系

2.1.1 稠化劑的影響

從圖3中可以看出，隨著稠化劑濃度的增加，酸液黏度明顯增加。相對(duì)于DM-1和DA-1來(lái)說(shuō)，MAP-1具有更強(qiáng)的增黏性能，常溫下1%濃度的酸液黏度達(dá)到了63 mPa·s，這是因?yàn)镸APTAC單體的穩(wěn)定性強(qiáng)于DMC和DAC，這種強(qiáng)極性的季銨鹽陽(yáng)離子的單體的引入使得聚合物耐酸性明顯提高。

2.1.2 單體含量的影響

圖4表示的是高中低三種離子度的稠化劑溶液濃度與黏度的關(guān)系，加入稠化劑后體系都有增黏效果，并且隨著加量的增大，體系的黏度上升。相對(duì)其余樣品，高離子度的稠化劑具有更強(qiáng)的增黏性能。

圖4 不同離子度稠化劑的溶液濃度與黏度關(guān)系

2.2 熱穩(wěn)定性

按照標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定了酸液體系30℃和90℃的表觀黏度，結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同溫度下的酸液黏度

從圖5中也可以看出，隨著溫度的升高酸液黏度逐漸降低。相對(duì)于DM-1和DA-1，在90℃時(shí)MAP-1的熱穩(wěn)定性較強(qiáng)。

2.3 抗剪切性能

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明(圖6)，在剪切1 h后，3種稠化酸體系黏度都有不同程度的下降，MAP-1體系的黏度下降幅度高于其他兩種酸液體系，剪切穩(wěn)定性相對(duì)較低。

圖6 稠化酸體系的黏度

三、結(jié)論

(1)通過(guò)引發(fā)體系、溫度、固含量等因素的考察，合成AM/MAPTAC共聚物的最佳條件為：?jiǎn)误w固含量為25%，引發(fā)體系為K2S2O8-NaHSO3-AIBN (K2S2O8∶NaHSO3=1 ∶1)，用量為0.05 wt%，引發(fā)溫度為20 ℃。

(2)增黏性能評(píng)價(jià)表明，酸液稠化劑MAP-1稠化性能優(yōu)良。室溫條件下，1% MAP-1配置稠化酸的黏度達(dá)63 mPa·s，明顯高于DMC和DAC作為陽(yáng)離子單體合成的聚合物。同時(shí)，高離子度的稠化劑的增黏效果更好。

(3)熱穩(wěn)定性和剪切穩(wěn)定性研究表明，新型聚合物MAP-1有較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性和一定的抗剪切能力。

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