徐強(安徽巨成精細化工有限公司，安徽 淮北 235100)

0 引言

針對驅(qū)油聚合物來講，自身涉及到了多方面，分別是水解聚丙烯酰胺(HPAM)和具體的衍生物，而且HPAM本身有著良好的親水效果，和水相互融合到一起能夠形成一定的水動力學(xué)體積，使其產(chǎn)生一定的增黏效果，可是處于高溫狀態(tài)下的聚丙烯酰胺出現(xiàn)熱降解的概率也是非常高的，黏度隨之降低。

基于高礦化度鹽水內(nèi)，陽離子與聚合物分子電性相互結(jié)合起來，逐漸形成了聚合物分子彎曲現(xiàn)象，黏度受到了影響，并且聚丙烯酰胺分子內(nèi)的羥基和二價離子產(chǎn)生了不良沉淀現(xiàn)象，幾者相互分離，驅(qū)油作用尚未體現(xiàn)出來。可是從實際情況來看，丙烯酰胺類聚合物有著一定不足之處，與油田采收率要求不相符，不足之處表現(xiàn)為油田開采期間耐溫抗鹽性能不佳，針對此種現(xiàn)象，就需要引進含-SO3H基團的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)單體，進一步探究三元磺化改性聚丙烯酰胺，將其抗鹽性全面體現(xiàn)出來[1]。

現(xiàn)階段，丙烯酰胺類聚合物一般是以單一性的氧化還原體系為主，此方面中引發(fā)劑有著非常高的鏈轉(zhuǎn)移率，形成高分子量的聚合物難度高，和偶氮類型的引發(fā)劑鏈轉(zhuǎn)移率相比較而言，其轉(zhuǎn)移率較高一些，能夠緩慢形成聚合現(xiàn)象，從中獲取有著較高分子量的聚合物，但是整體溫度是特別高的[2]。

并且丙烯酰胺和AMPS共聚兩者處于放熱性狀態(tài)，基于反應(yīng)現(xiàn)象的出現(xiàn)，溫度隨之上漲，相關(guān)的引發(fā)劑分解速率隨之提升，自由基濃度上漲，無法將高分子量的聚合物相互結(jié)合到一起。依照引發(fā)劑具體特征可以看出，利用偶氮、氧化還原劑體系處于相應(yīng)條件下形成聚合反應(yīng)，開展實驗室作業(yè)，制造出有著較強耐溫效果的SPAM[3]。在本文中，主要模擬了勝利油田儲層特征以及具體的性質(zhì)，綜合性探究了三元磺化改性聚丙烯酰胺的結(jié)構(gòu)特征以及具體性能。

1 背景

1.1 對于聚丙烯酰胺具體特征的探究

所謂聚丙烯酰胺，被稱之為PAM，其有著良好的線性和水溶性特征，因為優(yōu)勢良好而在石油領(lǐng)域以及農(nóng)林業(yè)和污水處理領(lǐng)域內(nèi)得到了十分普遍的應(yīng)用，基于聚丙烯酰胺內(nèi)有著諸多的分子結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)內(nèi)涉及到了一系列的酰氨基，逐漸產(chǎn)生了氫鍵現(xiàn)象，將化學(xué)反應(yīng)活性進一步體現(xiàn)了出來，以各種方式為主從中獲取聚丙烯酰膠，屬于應(yīng)用特別普遍的一項聚合物。

1.2 聚丙烯酰胺自身具備的特征

針對于聚丙烯酰胺固體顆粒來講，在常溫情況下是玻璃類態(tài)的固體狀態(tài)，具體為白色，穩(wěn)定性良好，長期存放后會因氧氣及細菌生物存在而緩慢的降解。其水溶性好，能以任意比例溶于水，但其水溶液降解速度較快，所以PAM水溶液本身有著黏度極高以及容易降解的特點[4]。

1.3 聚丙烯酰胺具備的物理特征

因為聚丙烯酰胺和聚合物中的分子結(jié)構(gòu)有著一定的特殊性特征，因此在各領(lǐng)域內(nèi)得到了十分普遍的應(yīng)用，并且物理性質(zhì)處于十分繁瑣和復(fù)雜的狀態(tài)。在本文中，對生產(chǎn)階段以及應(yīng)用內(nèi)的各項內(nèi)容展開了論述，比如固體聚丙烯酰胺的物理性質(zhì)。針對于聚丙烯酰胺固體形態(tài)來講，處于常溫狀態(tài)下呈現(xiàn)出了玻璃形狀，結(jié)合實際情況引進與之相符的方式，借助相關(guān)方式獲取各項顆粒類型的聚丙烯酰胺，通過冷凍從中獲取聚丙烯酰胺產(chǎn)品，該項產(chǎn)品呈現(xiàn)出了非晶體固體。經(jīng)過溶解分析以后得到顆粒固體，而且將澆注冷卻方式落實于玻璃板中，得到透明性的薄片。

2 聚丙烯酰胺分類情況

2.1 依照聚合方式進行分類

第一，水溶液聚合。當(dāng)前階段，將水溶液當(dāng)成一項基本的聚合環(huán)境看待，融合單體，借助引發(fā)劑的效果形成相應(yīng)的反應(yīng)，完成整個階段，此種現(xiàn)象被叫做水溶液聚合，其屬于當(dāng)前應(yīng)用十分普遍的一項聚丙烯酰胺類型聚合物聚合形式，該項形式本身也有著良好的作用，主要是以水為傳熱介質(zhì)，基于水熱容程度比較大，因此控制整體反應(yīng)溫度是極為方便的，還可以快速導(dǎo)出反應(yīng)熱，避免產(chǎn)生凝膠效應(yīng)情況，提升反應(yīng)速率。在生產(chǎn)過程中，水溶液聚合法在聚丙烯酰胺內(nèi)得到了一定的應(yīng)用，通過和其他類型方式相互判斷分析來看，整體上而言操作極為便利、技術(shù)日益完善，不會產(chǎn)生較高的成本以及較大程度的污染現(xiàn)象，可以對不同功能的聚丙烯酰胺聚合物加以應(yīng)用。相關(guān)研究人員使用水溶液方式制作形成了有著較高分子量的聚丙烯酰胺等[5]。

第二，反相懸浮液聚合。反相懸浮液聚合指的是從有機溶液內(nèi)，水溶性單體逐漸劃分成多個較小體系聚合的反應(yīng)技術(shù)，包含了油相以及水相，聚合單體和引發(fā)劑相互形成水相，油性溶劑則是油相，形成的聚合反應(yīng)從各項體系內(nèi)相互聚合，產(chǎn)生懸浮于油相內(nèi)的體系，此種形式被稱之為反相懸浮液聚合。針對分散介質(zhì)來講，一般是遵循和水相密度差較小的基本原則，縮減穩(wěn)定劑的具體使用數(shù)量，體現(xiàn)出一定的增強分散效果。該項體系為熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，本身有著成本較低、操作便利等諸多特征，可以實現(xiàn)相應(yīng)的目標(biāo)。相關(guān)人員展開了反向懸浮聚合以及反向懸浮方式組合形成聚丙烯酰胺的實驗探究作業(yè)，為該項方式得到良好應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

第三，反相乳液聚合。反相乳液聚合屬于高分子量聚電解質(zhì)合成期間普遍采取的一種形式，將非極性溶液當(dāng)成基本的連續(xù)相，從水中溶解單體，基于乳化劑作用下產(chǎn)生油包水型乳液，然后形成聚合反應(yīng)。該項類型的聚合方式對周圍反應(yīng)條件沒有太高的要求，產(chǎn)生的副反應(yīng)較小，聚合產(chǎn)物有著較強的溶解性。

第四，反相微乳液聚合。該項方式是從國外引進的，是基于反相乳液聚合基礎(chǔ)上形成的一項方式。微乳液聚合有著分布均勻性以及粒徑較小等一系列特征，而且也是合成丙烯酰胺類聚合物的主要方式，其可以獲取穩(wěn)定性良好的聚合物微膠乳粒子，在各項環(huán)節(jié)內(nèi)得到了十分普遍的應(yīng)用[6]。

2.2 依照結(jié)構(gòu)特征進行分類

第一，超高分子量。超高分子量的性能遠遠高于常規(guī)類型的聚丙烯酰胺性能，不過使用過程中呈現(xiàn)出了嚴(yán)峻的機械降解情況。與此同時，相比較于常規(guī)分子量的聚丙烯酰胺，超高分子量聚丙烯酰胺研究要點為大分子的功能化學(xué)，相關(guān)人員應(yīng)用自由基聚合相互組合形成水解聚丙烯酰胺。

第二，兩性聚合物。兩性聚合物是基于聚合物分子鏈基礎(chǔ)上引進有著陰離子和陽離子的單體，利用陰、陽離子基團的作用改善聚合物性能，兩性聚合物內(nèi)的陰陽離子可以形成一定的靜電作用，基于淡水內(nèi)該項靜電作用促使聚合物分子鏈出現(xiàn)彎曲，達不到驅(qū)油的目的。鹽水溶液內(nèi)包含的鹽離子在聚合物陰陽離子基團作用體現(xiàn)為消除，可以進一步延伸和拓展聚合物分子鏈，而宏觀表現(xiàn)則是聚合物溶液黏度上升，可以提升整體采收率，發(fā)揮出來的性能極高。

3 影響聚合物驅(qū)油的基本因素

其一，聚合物分子量對聚合物驅(qū)油產(chǎn)生的一系列影響。當(dāng)聚合物分子量增大，那么本身從溶液內(nèi)占據(jù)的流體力學(xué)體積也就隨之增加，與此同時，出現(xiàn)相互交聯(lián)的概率是非常高的，從宏觀方面進行探究，體現(xiàn)在聚合物溶液黏度增多。一般情況下，主要是采取水解聚丙烯酰胺的方式，這主要是因為水解聚丙烯酰胺的分子量是非常多的，黏度高，可以在改善聚合物特征的基礎(chǔ)上提升聚合物的分子量，實現(xiàn)相應(yīng)的發(fā)展目標(biāo)。

第二，聚合物結(jié)構(gòu)對聚合物驅(qū)油產(chǎn)生的影響。聚合物的分子結(jié)構(gòu)對于聚合物驅(qū)油效果有著決定性的影響，以往傳統(tǒng)類型的驅(qū)油用聚合物表現(xiàn)為線性高分子共聚物，通過相關(guān)探究來看，黏彈性和黏度是一項主要的影響因素，驅(qū)油用聚合物的結(jié)構(gòu)性能良好，可以增加聚合物分子之間的相互交連，提升聚合物的驅(qū)油效率[7]。

4 相關(guān)的實驗條件

4.1 準(zhǔn)備材料以及儀器

部分水解聚丙烯酰胺，梳型聚合物，工業(yè)級；氯化鈣，氯化鎂，分析純；三元磺化改性聚丙烯酰胺(簡稱SPAM、分子質(zhì)量為950×104)，實驗室自制。實驗用水礦化度為20 000 mg/L，在這其中，Ca2+、Mg2+濃度分別為364、136 mg/L。

4.2 SPAM中采取的制備方法

采取復(fù)合引發(fā)體系對SPA進行有效的制備處理，具體表現(xiàn)為：將相應(yīng)比例的丙烯酰氨基和甲基丙磺酸(AMPS)以及丙烯酰胺等放到燒杯中，采取蒸餾水有效的溶解，再次添入第三單體甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)，應(yīng)用氫氧化鈉對溶液pH值加以改善和調(diào)整，使其符合標(biāo)準(zhǔn)要求，然后再次添加乙二胺四乙酸(EDTA)，處于密封狀態(tài)下對尿素進行通入氮氣，具體時間是30 min左右，使其處于一定的密封狀態(tài)，然后再次通入氮氣。在形成了聚合物以后，需要從恒溫箱內(nèi)放置聚合物，一直到規(guī)定時間位置，從中獲取凝膠狀產(chǎn)物，采取干燥和粉碎方式以后得到白色粉末產(chǎn)品。

5 獲取的實驗結(jié)果

5.1 紅外光譜

通過相關(guān)探究表明，3 437 cm-1對應(yīng)丙烯酰胺的N-H鍵呈現(xiàn)出了伸縮振動,1 652.142 0 cm-1對應(yīng)丙烯酰胺的C=O鍵伸縮振動和C-N鍵彎曲振動，該種情況表示出現(xiàn)了酰氨基。AMPS內(nèi)包含了諸多的磺酸基團，其產(chǎn)生的作用非常高，可以進一步改善PAM自身的性能，強化分子氫鍵的密實程度，強化共聚物本身的剛性。并且組合形成的三元聚合物還可以全面解決各項難點，必然處于高溫以及高礦物度條件下黏度降低現(xiàn)象，自身的驅(qū)油能力特別高。

圖1 SPAM紅外光譜

5.2 黏度

基于聚合物各項類型處于相同發(fā)展?fàn)顟B(tài)下，相關(guān)溫度上漲，聚合物溶液黏度隨之下降，而且在相同溫度狀態(tài)中，就屬SPAM黏度特別高，依次體現(xiàn)為CSPAM以及HPAM的黏度降低，溫度逐漸上漲的情況下，SPAM、CSPAM、以及HPAM黏度保留率也有了明顯的改變，此種現(xiàn)象體現(xiàn)出了多項聚合物內(nèi)，屬第一種類型的聚合物耐溫效果更高，伴隨著溶劑礦化度的增多，聚合物溶液黏度呈現(xiàn)出持續(xù)性下降現(xiàn)象，在礦化度達到20 000 mg/L時，聚合物溶液黏度保持穩(wěn)定狀態(tài)。

圖2 聚合物溶液黏度和溫度以及礦化度的關(guān)系

5.3 掃描電鏡

和以往普通類型的水解聚丙烯酰胺相同，SPAM分子為長鏈條結(jié)構(gòu)類型，各項鏈條之間有著密切的聯(lián)系性，相互組合到一起成為空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而且SPAM還能夠適當(dāng)?shù)靥嵘酿ざ?，將水油流度比控制在合理范圍中，拓展和延伸油層的具體體積，減少殘余油飽和程度，使原油采收率得到全方面的提升，凸顯出陽離子本身在在聚合物分子鏈內(nèi)產(chǎn)生的電荷屏蔽效果。

在礦化度逐漸增加的情況下，聚合物分子將會發(fā)生一系列變化，不過上升到極限值以后，聚合物溶液黏度不會發(fā)生改變，或者是即便發(fā)生變化以后，具體程度也是特別小的。

當(dāng)溶劑水礦化物超出4 000 mg/L的狀態(tài)下，SPM的黏度隨之升高。從實際情況可以看出，處于高溫狀態(tài)下的HPAM均聚物出現(xiàn)水解現(xiàn)象的概率非常高，并且產(chǎn)生了羧酸基，然后有效分離，在持續(xù)性升溫的狀態(tài)下黏度下降。與HPAM油為2.7 t/d，含水為95.5%，注入了聚合物以后，水井注入壓力隨之增長，采油井單井日產(chǎn)液降至53.9 m3/d,日產(chǎn)油增至5.2 t/d,含水降至90.4%，平均單井累計增油685.31 t其中，R31-10整體效果極佳，注入聚合物后，含水率下降13.5 %，單井累計增油2.5 t，經(jīng)過相關(guān)實驗工作以及具體產(chǎn)生的作用可以看出，SPAM能夠在提升采收率的基礎(chǔ)上確保質(zhì)量，在未來將會朝著良好趨勢發(fā)展[8]。

5.4 滲流特征

從實際情況來看，聚合物驅(qū)油效果以及聚合物溶液實際改善現(xiàn)象有關(guān)，同時還決定了滲透效率的提升，在具體工作開展過程中，可以以阻力系數(shù)以及殘余阻力系數(shù)為主動態(tài)性的展開評價作業(yè)。通過分析來看，在給定油層中，一旦阻力系數(shù)增加，聚合物溶液中的滲流阻力也會增加，油層波和體積拓展以及延伸，當(dāng)剩余阻力系數(shù)增大，空隙介質(zhì)的滲透情況下降現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，原油采收率得到了一定程度的提高，經(jīng)過分析來看，阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)受到了聚合物和巖心中滲透率的影響，而且聚合物類型以及巖心滲透率也決定了具體的殘余阻力系數(shù)，處于相同狀態(tài)下的巖心滲透率不高，與之相符的阻力系數(shù)加劇。當(dāng)聚合物分子從油層空隙內(nèi)滲流過程中，普遍被化學(xué)吸附等諸多因素所干擾，部分聚合物分子處于油層空隙內(nèi)，過流斷面縮減，流動阻力增加，提高了具體的壓力。

6 結(jié)語

從以上論述來看，本文重點探究了氧化還原引發(fā)劑以及偶氮引發(fā)劑產(chǎn)生的諸多缺陷和體現(xiàn)出來的優(yōu)勢，并且結(jié)合實際情況使用復(fù)合引發(fā)體系對三元磺化改性聚丙烯酰胺進行了改善，將各項結(jié)構(gòu)相互組合形成到一起，使其成為規(guī)范性的空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通過比較該項結(jié)構(gòu)以及水解聚丙烯酰胺得出，三元磺化改性聚丙烯酰胺有著非常高的黏度情況，無論是穩(wěn)定性還是黏彈性都有著良好的作用。

其中，三元磺化改性聚丙烯酰胺阻力系數(shù)是特別大的，并且整體驅(qū)油效果極高，經(jīng)過對比水解聚丙烯酰胺驅(qū)油效果相對較差，在溫度提升后，各項濃度下降。