油田用聚丙烯酰胺的性能研究.docx

油田用聚丙烯酰胺的性能研究 表4部分水解聚丙烯酰胺HPAM 表5反相乳液MICROG 2.1.3分子量计算结果及分析 将计算得各聚合物的特性黏度和黏均分子量列入表6 表6聚丙烯酰胺的特性黏度与黏均分子量 聚合物名称HC0/（g·mL-1）/（mL·g-1）Mη/107KYPAM-11.3870.000527742.644HPAM1.3040.000526072.434MICROG0.27950.00055590.313 表6数据显示，KYPAM-1和HPAM的分子量超过2400万，而反相乳液MICROG只有300多万，这表明水溶液聚合法制备的聚丙烯酰胺分子量普遍较高，数量级在107，而反相乳液法制备的聚合物尽管具有一定的黏度，但其分子量难以提高在相同浓度下，聚合物的分子量越大，其黏度越大，增黏效果也就越好在钻井液中聚丙烯酰胺作为增黏剂使用，就需要具备超高分子量，以提升其增黏效果 反相乳液聚合物的特性黏度与试验合成过程中引发剂加量，体系pH值，聚合反应温度等因素有关 大量研究表明： ①引发剂含量过高时，聚合物交联点间的相对分子质量过小，聚合物的黏度降低；反之，则活性中心较少，聚合速率慢，导致交联度下降，交联点间的相对分子质量过大，聚合物的黏度也减小。

②聚合体系pH较小时，溶液呈酸性，聚合体系中存在大量的羧基负离子，且聚合物分子链上也存在部分羧基负离子依据同性相斥的原理，羧基负离子阻碍单体与链自由基之间的接近，使聚合反应难以进行，导致产物的相对分子质量和黏度均较低随聚合体系pH的增加，溶液渐渐呈碱性，有一部分单体变成羧酸盐由于异性相吸作用，聚合体系中电离的正离子在羧基负离子四周聚集，形成正离子屏蔽，使得产物的相对分子质量和黏度增加 ③聚合反应的链引发活化能（＞100kJ/mol）通常较链增长活化能（20-30kJ/mol）高，而链增长通常又是一个放热反应提高反应温度可以使反应体系中单体和自由基的扩散速率增快，从而使得产物特性黏数上升但聚合反应温度过高，聚合体系的黏度降低，易发生暴聚，乳胶颗粒变大，严重时发生凝胶 在试验室条件，我们可以通过查找较佳配比、引发剂量以及体系pH值和反应温度，提高反相乳液聚合物的分子量目前国内外也致力于研究制备超高分子量聚丙烯酰胺，但存在技术及工艺难题，很难突破 2.2聚丙烯酰胺的耐盐性 表7三种聚丙烯酰胺在不同NaCl浓度下的黏度变化 NaCl浓度00.1%0.3%0.5%0.7%1.0%KYPAM-1141.4021.20XX.409.847.195.78HPAM101.3015.808.126.474.694.53MICROG6.30----- 从表7可以看出，随NaCl含量增加，KYPAM-1和HPAM溶液黏度渐渐下降，起初幅度较大，然后趋于缓慢，在NaCl含量高于0.7%后，仍能保持较高的黏度。

KYPAM-1的抗盐性较好，在含盐量为0.1%时，黏度维持在21.2mPa·s，随着含盐量增加，黏度变化不大；HPAM具有一定的抗盐性，当NaCl含量达到1%后，黏度仍维持在4mPa·s以上；MICROG的抗盐性能很差，在0.1%NaCl下黏度就降为0 KYPAM-1分子量约为2600万、HPAM约为2400万、MICROG只有不到350万，分子量越高，抗盐性越好；KYPAM-1是梳形聚合物，其高分子的侧链同时带亲水基团和亲油基团，由于亲油基团和亲水基团的相互排斥，使得分子内和分子间的卷曲、缠绕削减，高分子链在水溶液中的排列成梳子外形，因此具有较好的抗盐能力和良好的剪切稳定性 MICROG含有较多的杂质，固含量在30%左右，分子量约为300万，远远低于KYPAM-1和HPAM，因此其水溶液黏度较低；当加入盐后，聚合物体系里大量存在的羧基负离子与Na+结合，使得高分子线团间的静电斥力减弱，线团收缩，所以黏度降低综合考虑，梳形聚合物KYPAM-1是比较适合的增黏剂，具备较好的抗剪切性和抗盐性 2.3聚丙烯酰胺对钻井液性能的影响 聚合物溶液的宏观流变性，是指溶液承受的剪切应力与剪切速率之间的相互关系。

通常用溶液视黏度（表观黏度）随剪切速率的变化关系表示钻井液的流变性对钻井工程意义重大，加入高分子添加剂可以改善其流变性，有利于携带岩屑，净化井眼，对井壁的冲刷较轻 2.3.1钻井液配比 基浆：4%海水坂土（178g坂土浆+222g海水）+0.3%聚丙烯酰胺粉末（1.2g）/5%MICROG（20g）； 钻井液体系：4%海水坂土（178g坂土浆+222g海水）+0.3%聚丙烯酰胺粉末（1.2g）/5%MICROG（20g）+2%RS-1（8g）+3%KC1（12g）+3%lube（12g） 2.3.2基浆性能 表8不同聚丙烯酰胺对基浆性能的影响 聚合物名称AV（mPa·s）PV/（mpa·s）YP/PaAPI/mLMICROG滚前3625116.4滚后564214KYPAM-1滚前14.895.817.2滚后11.58.53HPAM滚前22.51210.511.2滚后15.814.51.25 表9不同聚丙烯酰胺对钻井液体系性能的影响聚合物名称AV（mPa·s）PV/（mpa·s）YP/PaAPI/mLMICROG滚前28.51018.54.6滚后30.511.519KYPAM-1滚前231589.4滚后18135HPAM滚前20XX68.2滚后17125 由表8和表9可以看出，在基浆或体系中加入MICROG热滚16h，表观黏度增加，说明它具有很好的耐温抗盐性，而上述试验中MICROG的耐盐性并不抱负，可能在高温热滚过程中，乳液聚合物发生交联作用，使其形成网络结构，钻井液黏度增加。

KYPAM-1和HPAM热滚后表观黏度均降低，但降低幅度不大，说明两者具有一定的耐温性；KYPAM-1在基浆中滚前滚后的黏度均小于HPAM，但在体系中却大于HPAM，可能是梳形聚合物与体系中的降虑失剂和抑制剂有更好的协同作用，使其黏度增加 MICROG的API失水量明显小于HPAM和KYPAM-1，其降虑失性较好加入RS-1、KCl及lube后，三种聚合物的性能都有较大的改善，特殊是虑失量明显降低，尤其是KYPAM-1从17.2mL降到9.4mL，表明KYPAM-1与体系中的降虑失剂和抑制剂有很好的协同作用，使钻井液的包被抑制性增加、黏度增加、虑失减小等 作为钻井液流变性调整剂，MICROG有其独特的优势，它的耐温抗盐性、降虑失性使得钻井液的性能更稳定：而KYPAM-1和HPAM需要在热稳定性及降虑失性能上加以改进 3结论 分子量是高分子溶液质量的一个重要性能指标本文通过试验利用稀释法测定聚合物的特性黏度，求出了三种样品的特性黏度和黏均分子量，KYPAM-1分子量约为2600万，HPAM约为2400万，而试验合成乳液MICROG只有300多万，这表明水溶液聚合法制备的聚丙烯酰胺分子量普遍较高，而反相乳液法制备的聚合物尽管具有一定的黏度，但其分子量较低，可以从合成单体以及反应条件等方面改进，从而提高分子量。

对比了三种聚丙烯酰胺在不同盐浓度下的黏度变化，分析表明KYPAM-1的抗盐性较好含盐量较低时，KYPAM-1水溶液黏度较大，渐渐增加盐浓度，黏度降低快速，仍保持较高水平，具有较好的抗盐能力和良好的剪切稳定性；HPAM抗盐性比梳形聚合物KYPAM-1差，但仍具有一定的耐盐性；MICROG的抗盐性能很差，几乎不耐盐 通过测定加入不同聚丙烯酰胺的钻井液的流变性和API失水量，比较MICROG、HPAM和KYPAM-1对钻井液性能的影响结果表明MICROG在钻井液中的性能较优，HPAM和KYPAM-1虽然都是工业用增黏剂，但是在钻井液中的增黏、降虑失效果不如反相乳液合成的MICROG，表明梳形聚合物和较高分子量的聚合物在其热稳定性及降虑失性能上需加以改进由于MICROG与HPAM和KYPAM-1的分子量存在巨大的差异，因此在该试验中MICROG的加量比较大（5%），但是通过130℃/16h热滚后的表观黏度变化可以看出MICROG的确具有很好的热稳定性和降虑失效果，是一种很好的钻井液流变性调整剂。