含硅疏水缔合磺酸型聚丙烯酰胺的合成及耐温与驱油性能研究

1、 毕 业 论 文题目：含硅疏水缔合磺酸型聚丙烯酰胺的合成及耐温与驱油性能研究 学 生： 贾 阳 学 号： 201208050117 学 院： 化学与化工学院 专 业： 石油工程 指导教师： 李培枝 2016 年 月 日键入文字含硅疏水缔合磺酸型聚丙烯酰胺的合成及耐温与驱油性能研究摘 要 能源对人类文明的发展与生存的重要性不言而喻，而石油又是主要的能源之一。在短时间内，石油依然是人类最主要的能源。但随着人类对石油需求量的增加，各国石油储量剧减。石油储量减少的同时，开采难度也越来越大。可见，石油采收率低是影响石油产量的关键因素。为了提高石油的开采率，经历了三次采油的历程。聚合物驱油技术占有重要地位

2、，它是通过向油藏中注入高分子量的水溶性聚合物溶液，降低水油流度比，从而达到提高采收率的目的。 本文主要对聚丙烯酰胺的驱油机理进行探索与研究，以有机硅单体、丙烯酰胺、磺酸型阴离子单体为主要原料，通过自由基聚合，制备一种含硅疏水缔合磺酸型聚 丙烯酰胺。通过实验研究选出最佳比例合成的驱油剂，然后进行测试，最终选出驱油剂的最佳条件，系统的研究驱油剂的浓度、温度、粘度对驱油剂的影响。总而言之，本文通过自由基聚合的方法合成聚丙烯酰胺聚合物，结合文献，研究疏水缔合聚丙烯酰胺水溶性聚合物溶液的特性与驱油的应用研究。 关键词：驱油机理，耐温，驱油剂，疏水缔合Synthesis and temperature a

3、cid polyacrylamide and flooding performance silicon-containing hydrophobic associationABSTRACTThe importance of energy development and survival of human civilization is self-evident, and oil is one of the major energy sources. In short, oil is still the main human energy. But with the increasing hum

4、an demand for oil, the sharp decline in national oil reserves. Oil reserves to reduce the same time, mining has become increasingly difficult. Visible, low oil recovery is a key factor affecting oil production. In order to improve oil recovery rates experienced EOR process. Polymer flooding technolo

5、gy plays an important role, it is to the reservoir by injecting a solution of a water-soluble high molecular weight polymer to reduce water-oil mobility ratio, so as to achieve the purpose of enhanced oil recovery.     This paper focuses on the mechanism of polyacrylamide fl

6、ooding exploration and research, organic silicon monomer, acrylamide, sulfonated anionic monomer as the main raw material, through free radical polymerization to prepare a silicon-containing hydrophobic association sulfonic acid type Polyacrylamide. Select the best ratio of synthetic oil displacemen

7、t by experimental studies, then test the final drive oil to select the best conditions, the concentration of research systems displacing agent, temperature, viscosity of the oil-displacing agent.In summary, this paper synthetic polyacrylamide polymers by free radical polymerization, literature, appl

8、ied research characteristics of hydrophobic association polyacrylamide water-soluble polymer solution and flooding.KEY WORDS: Flooding mechanism, temperature, oil displacement agent, hydrophobic associationI目 录摘 要21 绪论31.1疏水缔合聚合物41.2 聚合物驱油机理41.3 疏水缔合聚丙烯酰胺61.4 聚丙烯酰胺的简介61.5国内外发展情况81.6驱油用聚丙烯酰胺存在的问题.81.

9、6.1耐温抗盐聚合物的研究进展91.6.2两性聚合物研究现状91.6 .3影响聚合物溶液初始粘度的因素111.6.4 聚合物的相对分子质量与溶液粘度的关系111.6.5 聚合物的质量浓度与溶液粘度的关系111.6.7 温度与溶液粘度的关系111.7选题背景及意义122 含硅疏水缔合磺酸型聚丙烯酰胺的合成122.1 疏水缔合性概述122.2 疏水缔合聚丙烯酰胺的合成132.2.1 自由基反应机理132.2.2 试剂与仪器142.2.3实验反应式152.2.4反应步骤153性能测试163.1单体比例163.2固含量比例173.3引发剂（过硫酸钾）的确定183.4温度对驱油率的影响184.应用与研究

10、204.1天然岩心驱的实验204.2试验参数204.2.1不同浓度的人造岩心驱油试验结果204.2.2耐温性214.2.3 耐盐性22III5结论与总结245.1 小结24致 谢25参考文献2625含硅疏水缔合磺酸型聚丙烯酰胺的合成及耐温与驱油性能研究1 绪论 1.1疏水缔合聚合物耐温抗盐性能良好的疏水缔合聚合物的设计机理在于，向水溶性的聚合物分子链上引入具有能够抑制酰胺基团水解、增强聚合物分子链刚性和水化能力等作用的功能性基团。并且利用疏水基团之间特殊的缔合作用使聚合物高分子在水溶液中形成一种超分子聚集体模式。这种超分子聚集模式是指聚合物高分子中的疏水基团由于疏水作用而聚集在一起，分子间的物

11、理缔合具有一定的强度并且这种缔合行为是可逆的。这种缔合行为使得聚合物高分子链呈现出梳型或者星型1-2，形成一种占据巨大空间的网状结构，在快速的剪切力作用下，发生缔合反应的高分子链空间网状结构遭到破坏，聚合物分子占据的流体力学体积减小，在宏观上则表现为聚合物溶液粘度下降，当这种剪切力逐步减弱甚至消失后，疏水缔合聚合物的分子链又会重新形成具有一定强度的物理缔合，宏观上表现为聚合物溶液粘度上升，不会发生像普通高分子量聚丙烯酰胺类聚合物在遭受强剪切力作用下的不可逆机械降解。带有疏水基团的单体主要为油溶性和两亲性两种3，将带有疏水基团的功能单体作为改性单体与丙烯酰胺单体共聚得到的疏水缔合聚合物，也可以出

12、现和两性离子聚合物一样的盐增粘现象。在疏水缔合聚合物独特性能得到人们广泛认识的同时，也有一些石油工作者认为，疏水缔合聚合物在矿场的生产实践中还存在一定的问题。比如，由于其不含或者只含有少量的亲水基团，使得其溶解性较差，给现场配液带来了不小的麻烦。这些在生产实践中暴露出来的问题都有待广大的石油工作者来解决。1.2 聚合物驱油机理 聚合物驱油是指加少许分子质量高的聚合物于注入水中，通过提高其勃度同时降低渗透率来改善驱油效果。聚合物驱油机理可主要归纳为以下几个方面 (1)控制水相流度，改善水油流度比，提高层内波及效率。 驱替过程中的流度比M可以表示为4 (1-1) 当M1时，说明相对于水而言，原油有

13、着更强的流动能力，驱替的效果明显，此时流度比为有利流度比；当M>1时，则表示原油的流动能力弱于水，驱替过程中将产生指进现象，很多原油无法被驱替出来，此时的流度比为不利流度比。 在注入水中加入聚合物，将使水相的勃度和有效渗透率提高，同时使溶液渗入地层的能力降低，通过减少水的流度而改善流度比，提高波及效率，增加原油采收率。(2)调整吸水剖面，提高层间波及系数。除了聚合物的流度控制能力，聚合物驱提高采收率的另一项主要原因是其可以调整吸水剖面，扩大水淹体积。聚合物的加入，无疑增加了注入水的勃度，使油、水豁度比得到改善，同时，聚合物所具有的乳弹性及其在地层中的滞留将降低岩石相对渗透率，提升高渗透层

14、的流动阻力，致使驱替液再注入时优先进入中、低渗透层，从而减少高渗透层段和低渗透层段之间的水线推进速度差，致使垂向波及效率升高，油层水淹体积扩大，原油采收率提高。( 3 )豁弹性聚合物大分子产生拉拽作用，提高波及区微观驱油效率。在驱替残余油的过程中，勃弹性流体表现出不同与牛顿流体的力，除了有垂直于油一水界面的毛管力外，另有平行于油一水界面的拖动力，不但能克服束缚残余油，还能通过拉拽驱替残余油，这种作用力较大、作用面积广，因此聚合物既可以驱动原油，也可以拉动原油，将岩石孔隙盲端中的残余油“拽”出来，从而进一步驱替残余油，提高原油采收率。聚合物水溶液的粘度是油田现场应用的重要指标，大多数聚合物水溶液

15、的粘度随流动条件变化，溶解后聚合物分子解离成带负电荷的羧基大分子，带电分子间相互排斥，使分子链构象比较舒展，分子之间互相缠绕，分子中具有亲水基团，在水中溶剂化形成“水鞘”，溶液粘度增加。并且在同一分子各个链节之间的同类带电离子之间也存在排斥反应，这也是聚合物分子舒展形成了大的空间网状结构的主要原因之一。水解后的聚丙烯酰胺使水分子无法移动，将“自由水”转化为“束缚水”，聚合物水解后产生的大量的-CONH2 和COOH，由于邻位排斥效应，与COOH 相邻的-CONH2 比其他位置的-CONH2 更难以水解，水解反应自动减速，因此水解产物的COOH 分布更均匀，聚合物水溶液便会产生很高的粘度。影响聚

16、合物溶液粘度的因素大致存在于以下几方面：相对分子量、聚合物浓度、温度、矿化度、金属离子浓度、pH 值和溶解氧等。采取恰当的措施保持聚合物溶液的粘度，才能够有效提高驱油效率。1.3 疏水缔合聚丙烯酰胺疏水缔合水溶性聚合物5(Hydrophobically associating water-soluble polymer)是一类亲水主链上带有少量疏水基团(有时也称为疏水侧基)的水溶性高分子材料，又称为水溶性疏水缔合聚合物，有时在不严格的场合也被称为疏水改性水溶性聚合物。其分子链上所带疏水基团含量较低，一般不超过2%mol。由于这类聚合物具有独特的流变性能，因而备受学术界和工业界关注。目前已作为涂

17、料增稠剂和流变改性剂得到了应用，而通过在部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)的亲水主链上引入少量疏水单体而形成的疏水缔合聚丙烯酰胺(OPAM)则可望克服HPAM耐温、耐盐性差的缺陷而作为新一代水溶性聚合物材料用于油气开采作业。疏水缔合水溶性聚合物分子链上同时带有亲水的主链和疏水的侧基，由于疏水基团含量很低，聚合物能够溶解在水中。但疏水基团毕竟还是疏水的，虽然被亲水主链以其与极性环境的亲和力拉到水中，但还是不容于极性环境，具有逃离极性环境的趋势。由于处于水中的疏水基团破坏了水的原有结构，水分子需要以有序的结晶结构(所谓“冰山结构”)把疏水基团包裹起来。因为原本自由的水分子被迫排列成整齐的结晶状态，系统

18、的嫡增大。为了保持低能量状态，水分子倾向于保持原来的结构，尽量减少与疏水基团的接触面积，所以当聚合物浓度达到一定的数值时，疏水基团趋向以二聚体、三聚体和多聚体的形式缔合在一起以尽可能减少与水分子的接触面积，从而使整个体系的结构性减少，嫡值增加。由疏水效应6的物理过程可知，只是由于极性基团间的静电力和氢键力使极性基团趋向于聚集在一起，因而排斥疏水基团，使疏水基团互相靠近。也就是说，疏水基团在水中相互聚集本质上是水分子将它们“挤”在一起，而不是像从表面现象看来的疏水基团之间相互吸引。实际上，疏水基团与水分子之间存在诱导力和色散力，而疏水基团之间只存在色散力，由分子间作用力的定义和组成我们知道疏水基

19、团之间的吸引力一定小于其与水分子间的吸引力。1.4 聚丙烯酰胺的简介聚丙烯酰胺（Polyacryamide，简称 PAM），是丙烯酰胺（acrylamide，简称 AM，分子式 CH2=CHCONH2）及其衍生的均聚物和共聚物的统称7。工业上凡含有 50%以上 AM 单体的聚合物都泛称聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺（PAM）是一种线型水溶性高分子，是水溶性高分子化合物中应用最为广泛的品种之一。PAM 工业是 50 年代开始发展的。1952 年美国氢氨公司首先进行了 PAM 工业生产的开展研究，两年后即投入大规模工业生产。80 年代初，美国道化学公司（Dow Chemical Co.）已有万吨级生产线。

20、一些具有特殊性能的衍生物也已实现工业化生产。到本世纪末，全世界 PAM年生产能力将超过 40 万吨。PAM 和它的衍生物可以用作有效的絮凝剂、增稠剂、纸张增强剂以及液体的减阻剂等，广泛应用于水处理、造纸、石油、煤炭、矿冶、地质、轻纺、建筑等工业部门8-9。1.4.1 固体聚丙烯酰胺的性质聚丙烯酰胺的应用主要决定于其在水溶液中的行为，因而很少研究固体聚合物的性质，对所报道的固体聚合物的性质必须小心接受，因为它在用一般方法干燥时含有少量水，干燥的聚丙烯酰胺又会很快的从环境中吸取水分。用冷冻干燥法分离的均聚物是白色松软的非结晶固体，但是当从溶液中沉淀并干燥后，则为玻璃状部分透明的固体。完全干燥的聚丙

21、烯酰胺是脆性的白色固体。商品聚丙烯酰胺干粉通常是在适度的条件下干燥的，一般含水5%15%。PAM 能以各种百分比溶于水，但当浓度高于 70%时更宜认为是水溶于聚合物。分子量似乎不影响水的溶解性，但是高分子量聚合物在浓度超过 10%时会形成凝胶状结构。据悉这是由于分子间形成氢键。PAM 不溶于大多数有机溶液，如甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、脂肪烃和芳香烃。少数极性有机溶剂除外，如乙酸、丙烯酸、氯乙酸、乙二醇、甘油、熔融尿素和甲酰胺。但这些有机溶剂的溶解性有限，往往需要加热，无多大应用价值。PAM 在水中具有很好的溶解性。由于 PAM 的水溶性与产品形式、分子结构、溶解方法、搅拌、温度及 PH 等有关，

22、所以在实际应用中主要依据 PAM的水溶性来决定产品的性能。粉状产品形式若不结团，比胶体产品易溶，反之则比胶乳产品溶解性要差。提高溶解温度可以促进溶解，但一般不宜超过50，以防止降解及产生其它反应。粉粒产品在制造时适量添加一些无机盐（如硫酸钠）、尿素和表面活性剂等，能减弱 PAM 分子间的缔合，防止结团，有助于溶解。1.5国内外发展情况 聚丙烯酰胺的工业化发展始于50年代，美国的氢氨公司在1952年首次对工业生产进行研究，仅两年就扩大了生产规模，道化学公司在80年代初所建的生产线就己经达到万吨级。我国也慢慢认识到了聚丙烯酰胺相关产品的价值并进行研发，对其需求量不断地增加，“十一五”期间达到40万

23、吨10聚丙烯酰胺内部含有酰胺基团，能溶于水、甘油、丙酸、丙烯酸、醋酸、氯代乙酸、乙二醇等溶剂，易形成氢键并且化学活性很高。其结构中含有的阴离子基团亲水性强、阳离子基团耐金属离子性好，可与多种物质发生物理、化学反应；多种改性物都可通过聚丙烯酞胺的交联或接枝而得到，呈支链状或网状。聚丙烯酰胺及其衍生物因这些优异的性能而广泛应用于石油、地质、矿冶、建筑、造纸、煤炭、水处理、轻纺等工业部门，享有“百业助剂”的佳名11。作为驱油用聚合物，聚丙烯酰胺的水溶性良好且相对分子质量较高，在提高原油采收率方面优势明显。 聚丙烯酰胺类聚合物是通过多年的实验室研究和矿场试验所证实的性能最优良，发展前景最广阔的驱油用聚

24、合物12，它是丙烯酰胺单体和含有酰胺基团或者其它功能基团的单体的共聚物的统称。一般来说，只要是含有50%以上丙烯酞胺单体的聚合物都统称为聚丙烯酰胺类聚合物13。聚丙烯酰胺类聚合物通常表现为一种线形的水溶性高分子，它是水溶性高分子中应用于原油开采覆盖面最大的化学剂之一14。聚丙烯酰胺类聚合物的分子链上通常含有的酰胺基团、耐金属离子性好的阳离子基团以及强亲水的阴离子基团等，这些基团都具有较高的反应活性，它们可以在很宽泛的条件下就和多种物质发生物理的或是化学的反应，基于它具有的这些特点，聚丙烯酰胺类聚合物被大量的使用在污水处理、造纸、采油等行业。从1950开始研究、生产、发展的近60年的时间里，聚丙

25、烯酰胺类聚合物由最初的实验室玻璃瓶小样发展到全球工业化规模生产，且年产能力达到了40万吨的惊人数字。1.6驱油用聚丙烯酰胺存在的问题 聚丙烯酰胺是当今国内外公认的使用效果好、发展前景广的聚合物，然而在现场的应用实践过程中同样出现了一些问题，严重制约着聚合物驱油技术的应用蔬围，使其所得的经济效益受到损失15。因此，要扩大聚丙烯酰胺的应用领域，解决这些问题迫在眉睫。聚丙烯酰胺在应用过程中主要存在以下问题:(1)聚丙烯敢胺的溶解速度较慢，生产工艺繁杂，在注入及流动过程中易发生剪切降解，造成溶液薪度快速下降。(2)聚丙烯酰胺具有较高的相对分子质量，能使聚合物黏度增加从而有效改善流度比、减少聚合物的用量

26、，但并不适用于所有油藏，可能会影响聚合物的注入性能。(3)聚丙烯酰胺抗高温性能较差，在高温油藏中的使用受到限制16。高温条件下，聚丙烯酰胺内部会发生一个不可逆的化学反应，那就是醜胺基的水解作用，过量水解形成的幾基对温度极其敏感；同时，高温会导致聚丙烯酰胺发生热降解，这两者的共同作用会使聚合物分子严重收缩，溶液黏度大幅降低，严重影响聚合物的应用效果。因此 ，现如今聚丙烯酰胺一般运用在温度不高于75°C的油藏条件下。(4)聚丙烯酰胺抗高盐性能不佳，其溶液的點度会因盐含量的增加而迅速降低，尤其是在含有高价金属阳离子Ca2+、Mg2+的油藏条件下，更是大幅度下降，甚至会伴随沉淀的产生17-1

27、8。因此，目前聚丙烯醜胺多运用于总矿化度低于30000mg/L，Ca2+、Mg2+抗高温高盐驱油聚合物的性能研究含量低于1000mg/L的油藏。(5)聚丙烯歃胺长期稳定性较差19-20。聚合物要在注入井中经历长时间的闷井作业，为了保持其增點作用，要求聚合物有很强的稳定性。然而，聚丙烯醜胺分子中的醜胺基在高温、高矿化度条件下的水解反应非常迅速，稳定性能差，成为限制其在高温高盐油藏中应用的主要瓶颈。为了解决聚丙烯酰胺的上述缺陷，新思路的开辟势在必行，其中提高聚合物的抗高温、高盐性能成为研究工作的重中之重，在国内外学者的不懈努力下，耐温抗盐聚合物的研究有了新的进展。1.6.1耐温抗盐聚合物的研究进展

28、在不同条件下对驱油聚合物的抗温、抗盐机理进行大量研究后，科研工作者将耐温抗盐聚合物的发展方向归纳为超高分子量聚合物和化学改性聚合物两大类。其中，化学改性聚合物主要有疏水缔合聚合物、耐温抗盐单体共聚物、多元组合聚合物、新型结构聚合物及本文主要研究的两性聚合物等21-22。1.6.2两性聚合物研究现状两性聚合物是指把阴、阳离子基团同时引入到分子链上所形成的聚合物，包括带有阴阳离子基团的两种单体1:1共聚物和同时带有阴阳两种基团的单体均聚物。当两性聚合物处于等电点，即溶液大分子链上净电荷为零或含有等量的正负电荷基团时，分子链收缩，基团间作用力表现为相互吸引23-24。在水溶液中，正是因为基团间的吸引

29、力使聚合物分子发生卷曲、流体力学尺寸降低、分子构象紧密，以致两性聚合物溶液的初始黏度不高；在盐溶液中，小分子盐的加入屏蔽、破坏了两性聚合物溶液分子间的静电引力，使分子间作用力变强，分子构象逐渐舒展，聚合物點度增加或下降幅度减缓，反聚电解质特征表现明显25-28。两性聚合物因表现出“反聚电解质效应”而具有独特的性能，作为降滤失剂、压裂液添加剂、钻井液增黏剂、堵水调剖剂等被广泛应用25-26。如今国内油田开采条件日趋恶劣，高温高矿化度油藏成为科研攻关的重点，两性聚合物因其优异的性能引起科研工作者的高度重视，近年来进展显著。国内方面，罗文利等27评价了两种AP型两性聚合物AP-81和AP-125的增

30、點及驱汕性能，在Ca2+和Mg2+含量1000mg/L、总矿化度l00000mg/L、30°C的条件下，APS两性聚合物表现出了良好的抗盐性能，其中AP-125更加优异，浓度为1500rng/L时表观點度可达20.1mPa.s，在矿化度1222mg/L的大港西油田条件下，AP-125驱采收率比高分子部分水解聚丙烯酰胺驱高出了 4.3%；毛程28等在盐水中将自制3-(丙烯酰胺丙基二甲胺基；)丙擴酸盐(DMAPAAS)与AM聚合得到两性离子共聚物AM-DMAPAAS，其在盐溶液特别是二价盐溶液中的點度高于在纯水中的黏度，同等温度下该共聚物的黏度保留率为普通聚丙烯酷胺的1.4倍，耐温抗盐性

31、能较好；丁艳、朱竹等29制备了 AM/AMPS/DMDAAC/OAM疏水缔合两性共聚物，温度从301升到80°C时點度保留率为40.5%，在NaCl浓度6%的溶液中點度保留率为33%，表现出一定的耐温抗盐性能，可作为驱油剂用子三次采油。6国外方面，Kathmaim等30将自制单体4-(2-丙烯酰胺基)-2-甲基丙基-N，N-二甲基丁酸铵(AMPDAB)与AM在NaBr溶液中聚合得到两性共聚物AMPDAB-AM，通过研究其流变行为发现该共聚物抗盐性能较好；McCormick等31将磺酸甜菜碱3-(2-丙烯醜胺基-2-甲基丙基二甲胺)丙擴酸盐(AMPDAPS)、4-(2-丙酰胺基-2-甲

32、基丙基二甲胺)丁酸盐(AMPDAB)与AM共聚，发现其溶液受外加盐浓度及属性、pH值、共聚物组成等影响，表现出明显的反聚电解质特征；Kujawa等32将(2-甲基丙烯酰基)氧化基三甲基氯化铵(MADQUAT)、NaAMPS和AM三种单体通过胶束聚合法合成一种疏水改性聚两性电解质，实验证明其增點及抗盐效果均优于普通聚丙烯酰胺。现如今对两性聚合物的研究多集中在抗高盐性能方面，对其耐温性也就研究到了80°C，更高的温度下两性聚合物的性质会有什么变化，在高温高矿化度条件下其又会有怎样的表现，能否在恶劣环境下将其应用于驱油，以上都是本文想要进一步探索、研究的问题。1.6 .3影响聚合物溶液初始

33、粘度的因素聚合物水溶液的粘度是油田现场应用的重要指标，大多数聚合物水溶液的粘度随流动条件变化，溶解后聚合物分子解离成带负电荷的羧基大分子，带电分子间相互排斥，使分子链构象比较舒展，分子之间互相缠绕，分子中具有亲水基团，在水中溶剂化形成“水鞘”，溶液粘度增加。并且在同一分子各个链节之间的同类带电离子之间也存在排斥反应，这也是聚合物分子舒展形成了大的空间网状结构的主要原因之一。水解后的聚丙烯酰胺使水分子无法移动，将“自由水”转化为“束缚水”，聚合物水解后产生的大量的-CONH2 和COOH，由于邻位排斥效应，与COOH 相邻的-CONH2 比其他位置的-CONH2 更难以水解，水解反应自动减速，因

34、此水解产物COOH 分布更均匀，聚合物水溶液便会产生很高的粘度。影响聚合物溶液粘度的因素大致存在于以下几方面：相对分子量、聚合物浓度、温度、矿化度、金属离子浓度、pH 值和溶解氧等。采取恰当的措施保持聚合物溶液的粘度，才能够有效提高驱油效率。1.6.4 聚合物的相对分子质量与溶液粘度的关系由于聚合物具有纤维特性，相对分子质量就会影响其粘度的大小。聚合物的分子链越长，那么它的相对分子质量越大，分子链相互缠绕的更紧密，使得分子线团逐渐变大，分子间的作用力变大，溶液粘度随之升高。1.6.5 聚合物的质量浓度与溶液粘度的关系由于聚合物质量浓度的升高，一定体积内的聚合物分子数量增加，使得分子间互相吸引与

35、缠结的能力增大，所以溶液粘度升高。关淑霞等为了检测质量浓度与溶液粘度的关系，将HPAM 配成几个不同浓度的溶液，测定这些溶液的粘度。实验结果表明，HPAM 浓度为=0.10.5 g/L 时，质量浓度对溶液粘度影响很小；>0.5 g/L 时，聚合物溶液的粘度随其浓度的升高而变大，这是由于质量浓度升高，单位体积水溶液中的分子数量增加，聚合物分子间相互缠绕的机率变大。1.6.7 温度与溶液粘度的关系温度是影响分子间无规则运动快慢的一个重要因素，而分子若想要运动一定要克服分子间的作用力，这决定着聚合物溶液粘度的高低，所以温度直接影响着聚合物溶液的粘度。武鸣明等通过实验分析得出聚合物溶液粘度随温度

36、的上升而减小，这是由于温度的升高，导致分子运动速度变快，分子间相互作用力以及缠结能力下降，不利于形成空间网状结构，致使邻近分子线团间产生更大距离，溶液的内部流速加快，此外温度升高也让聚合物的溶剂化程度减弱，让分子间的旋转阻力变大，让无规则线团变得卷曲，严重的甚至降解，导致溶液粘度变小。因此，聚合物溶液要选择在适宜的温度下配制，以保证溶液能够达到驱油的效果。1.7选题背景及意义聚合物水驱油技术是油田可持续发展的重要措施，可以大幅提高石油采收率。疏水缔合聚丙烯酰胺在主链上引入少量疏水基团，具有增粘、抗温、耐盐和抗剪切的能力。为了更好的提高采油驱替效率，本课题引入有机硅疏水功能基团，同时加入耐温型磺

37、酸盐单体，制备一种含硅疏水缔合磺酸型聚丙烯酰胺，考察驱油用疏水缔合型聚合物耐温及驱油性能，确定聚合物驱体系配方，评价溶液在油层中的吸附性能、注入能力、驱油效果，确定聚合物驱提高采收率幅度。通过对含硅疏水缔合磺酸型聚丙烯酰胺的合成及耐温与驱油性能研究，使学生掌握油田作业中聚合物驱油体系形成和性能评价的基本理论和方法，提高科研和创新能力；通过室内岩心驱替评价实验，掌握油田采油驱替的基本理论知识和应用工艺。2 含硅疏水缔合磺酸型聚丙烯酰胺的合成2.1 疏水缔合性概述 疏水缔合水溶性聚合物(Hydrophobically associating water-soluble polymer)是一类亲水主

38、链上带有少量疏水基团(有时也称为疏水侧基)的水溶性高分子材料，又称为水溶性疏水缔合聚合物，有时在不严格的场合也被称为疏水改性水溶性聚合物。疏水缔合水溶性聚合物分子链上同时带有亲水的主链和疏水的侧基，由于疏水基团含量很低，聚合物能够溶解在水中。但疏水基团毕竟还是疏水的，虽然被亲水主链以其与极性环境的亲和力拉到水中，但还是不容于极性环境，具有逃离极性环境的趋势。疏水基团之间通过缔合作用，使得疏水缔合聚丙烯酰胺分子链产生分子内或分子间缔合33，在聚合物溶液中形成许多的疏水微区，因此，疏水缔合聚丙烯酰胺溶液表现出不同于聚丙烯酰胺溶液的独特流变性能。当聚合物浓度大于一定值时，聚合物分子就可以形成可逆的空

39、间网状结构，从而形成超分子聚集体，增大了聚合物的流体力学体积，显著地提高溶液的相对黏度34。此外，该空间网络结构可以在剪切的作用下发生缔合，使得聚合物溶液易于通过多孔介质。2.2 疏水缔合聚丙烯酰胺的合成由于油溶性单体和水溶性单体极性差别很大，两者的不相容性使聚合工艺非常复杂，以下对疏水缔合聚丙烯酰胺的合成方法进行了综述。本文采用的是自由基聚合机理进行反应。2.2.1 自由基反应机理(1)链引发反应是形成单体自由基活性种的反应35。一般引发过程由两步组成:第一步，由光照或氧化还原反应生成具有活性的自由基R·，式中Kd是引发剂分解的速率常数。 （2-1）第二步，自由基R·再与

40、单体加成，生成单体自由基，单体自由基形成后，继续与其它单体加聚，共聚合反应就进入链增长阶段。在链引发反应中，引发剂分解是吸热反应，活化能高，反应速率小，是决定整个聚合反应的关键步骤。 （2-2）(2)链的增长链引发产生的单体自由基不断地和单体分子结合生成链自由基，如此反复的过程称为链增长反应。以单体自由基为核心，活化分子连续地与单体分子连接形成高分子链，增长反应非常迅速，理论上说这个分子可以无限制地增长直到单体耗尽，但由于各种因素影响，分子增长到一定程度以后就发生转移或中止。 （2-3）(3)链的终止链自由基失去活性形成稳定聚合物分子的反应为链终止反应。终止反应可有两种方式:偶合终止和歧化终止

41、。(a) 偶合终止即两个自由基相互结合（2-4）(b) 歧化终止即其中一个自由基的p·一氢转移到另一个自由基上，生成一个饱和，另一个不饱和的聚合物 （2-5）(4)链的转移AM在自由基聚合过程中，链自由基有可能从单体、引发剂、溶剂和聚合物等低分子或大分子上夺取一个原子而终止，并使这些失去原子的分子成为新的自由基，即链转移反应。如果这个新的自由基能继续新链的增长，聚合反应将会继续进行下去。如果向低分子转移，其结果是使聚合物的分子量降低。2.2.2 试剂与仪器药品名 纯度 生产厂商丙烯酰胺（AM） 分析纯 天津市科密欧化学试剂有限公司乙烯基磺酸钠 分析纯 天津市科密欧化学试剂有限公司KH

42、570 分析纯 天津市科密欧化学试剂有限公司过硫酸钾 分析纯 天津市科密欧化学试剂有限公司表2-1实验药品丙烯酰胺：丙烯酰胺是一种白色晶体化学物质，是生产聚丙烯酰胺的原料。聚丙烯酰胺主要用于水的净化处理、纸浆的加工及管道的内涂层等。乙烯基磺酸钠：乙烯基磺酸钠又称乙基磺酸钠，分子式是C2H3NaO3S，分子量130.0981该物质是一种有机原料。KH570：KH-570硅烷偶联剂，-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷是一种有机官能团硅烷偶联剂，对于提高玻纤增强和含无机填料的热固性树脂能提高它们的机械电气性，特别是通过活性游离基反应固化(如不饱和聚酯，聚氨酯和丙烯酸酯)的热塑性树脂的填充，包括聚烯烃和热塑性聚氨酯。过硫酸钾：过硫酸钾，无机化合物，白色结晶，无气味，有潮解性。助燃，具刺激性。主要用作漂白剂、氧化剂、照相药品、分析试剂、聚合促进剂等。仪器：仪器名称型号生产厂家精密増力电动搅拌器JJ-1型常州国华电器有限公司电子天平BS2202S型赛多利斯科学仪器有限公司电热