电解质对聚合物分子尺寸、结构形态和渗流特性影响研究

利用动态光散射（DLS）、扫描电镜（SEM）、表观黏度和岩心流动实验等方法,研究了电解质对聚合物分子线团尺寸、结构形态和渗流特性的影响。结果表明,随电解质浓度增大,聚合物分子线团尺寸呈现“减小、增大和再减小”变化趋势。在Ca2+、Mg2+和Na+三种离子中,Ca2+和Mg2+离子对聚合物分子双电层压缩作用更强,因而对聚合物溶液黏度和线团尺寸及其分布影响更大。随着溶剂水电解质浓度的增加,聚合物分子结构形态逐渐由多层次立体无规网状向树枝状和支状转化。在聚合物驱后的后续水驱过程中,注入压力大小受滞留聚合物采出量和仍滞留聚合物分子线团膨胀两因素的影响。聚合物相对分子质量愈大,电解质对聚合物分子线团压缩或和膨胀作用愈强,后续水驱过程中压力升高幅度愈大。聚合物驱和后续水驱所用水的电解质浓度差异愈大,后续水驱阶段压力升高幅度愈大。因此在油田聚合物驱油方案设计时,建议适当增加聚合物驱和后续水驱所用水的电解质浓度差异,这对改善聚合物驱增油效果十分有利。     

高温高矿化度条件下驱油剂中聚合物分子结构形态及其在中低渗油层中的渗流特性

利用动态光散射(DLS)、电镜扫描(SEM)和岩心驱替实验等方法, 对高温高矿化度条件下聚合物溶液和“聚合 物/表面活性剂”二元复合驱油体系中聚合物分子线团尺寸及其影响因素和在中低渗油藏环境下的渗流特性进行了实验研究, 并对其渗流规律进行了机理分析. 结果表明, 在高温高矿化度条件下, 随聚合物浓度增加, 聚合物溶液和“聚合物/表面活性剂”二元复合驱油体系中聚合物分子线团尺寸D_h都呈现“先增大后减小”的变化规律. 非离子型表面活性剂以胶束聚集体形式吸附在聚合物分子链上, 造成二元复合驱油体系中聚合物分子线团尺寸D_h大于聚合物溶液. 在溶剂水矿化度较高和岩心渗透率较低条件下, 后续注入水的冲刷和稀释作用造成岩心内滞留聚合物浓度降低, 聚合物分子线团尺寸D_h增加, 最终导致聚合物溶液和“聚合物/表面活性剂”复合体系的残余阻力系数大于阻力系数.     

Effect of metal ions on the viscosity of polyacrylamide solution and the mechanism of viscosity degradation

聚丙烯酰胺( HPAM)是油田常用的驱油聚合物,用油田污水配制HPAM溶液易导致其黏度明显降低,影响驱油效果.依据埕东油田污水实测的各种金属阳离子含量来配制HPAM溶液,测得各金属阳离子对其黏度影响由大到小的顺序为:Na+ ＞Fe2+ ＞Ca2+ ＞K+＞ Mg2+;通过红外光谱和扫描电镜分析金属阳离子导致HPAM溶液降黏的机理,Na+、K+、Ca2+、Mg2+主要是通过与HPAM链上的羧酸根阴离子静电引力相互作用,降低HPAM分子表面原有的电荷密度,造成分子链卷曲,同时减弱了极性基团的溶剂化能力,释放大量的“束缚水”,从而使黏度显著降低;Fe2+离子主要是与水中溶解氧共同作用,引发自由基反应,导致HPAM骨架水解断裂,致使黏度显著降低.     

表面活性剂对部分水解聚丙烯酰胺溶液抗盐性的影响

通过实验研究了阴离子表面活性剂(SDS)、非离子表面活性剂(OP-10)、两性表面活性剂(C12BE)浓度及KCl浓度对部分水解聚丙烯酰胺(阴离子型,HPAM)水溶液黏度的影响规律,进而分析各因素对聚合物溶液抗盐性的影响。实验结果表明:当表面活性剂浓度低于临界缔合浓度CAC时,聚合物溶液黏度变化不大;高于CAC后,随着表面活性剂浓度增大,聚合物溶液黏度急剧增加;当表面活性剂浓度达到聚合物饱和浓度PSP时,聚合物溶液黏度达到最大值;再加入阴离子和两性表面活性剂,将导致黏度降低,而加入非离子表面活性剂不再改变聚合物溶液的黏度,无机盐KCl对聚合物溶液有双重作用,低浓度KCl促进聚合物溶液黏度升高,高浓度KCl则导致聚合物溶液黏度急剧降低后趋于稳定,在相同KCl浓度下,三种表面活性剂的抗盐能力表现为:SDSOP-10C12BE。     

阴离子、阳离子和非离子表面活性剂在纳/微米草酸钙晶体上的吸附差异

研究了尺寸分别为50 nm和3μm的一水草酸钙(COM)和二水草酸钙(COD)晶体对不同电荷表面活性剂的吸附差异,包括阴离子型表面活性剂磺基琥珀酸钠二辛酯(AOT)、阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚(NP-40),探究了尿液中带不同电荷的分子对纳米、微米尿微晶的影响。结果表明,表面活性剂的吸附量大小为AOTCTABNP-40,即阴离子型表面活性剂的吸附量最大,非离子型表面活性剂的吸附量最小;晶体尺寸相同时,COM的吸附能力稍大于COD;吸附表面活性剂后,晶体表面的ζ电位绝对值都增大,有利于抑制晶体的团聚和沉降。提出了晶体吸附不同表面活性剂的分子模型。不同电荷表面活性剂与纳/微米COM、COD晶体之间存在不同的相互作用。表面活性剂吸附量越大,沉降越慢,对晶体悬浮液的稳定效果越明显。     

两亲无规聚合物的聚集行为及其与非离子表面活性剂的相互作用

以2-丙烯酰胺基-十二烷基磺酸(AMC12S)与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)进行无规共聚,合成了含AMC12S摩尔分数(X)较高(X=0.1,0.3,0.5)的一系列两亲聚合物.采用稳态荧光及动态光散射技术对聚合物在水溶液中的聚集行为及其与三种非离子表面活性剂(HO(CH2CH2O)10C12H25(C12E10)、HO(CH2CH2O)20C12H25(C12E20)和HO(CH2CH2O)40C12H25(C12E40))的相互作用进行了研究,并考察了X对聚集行为的影响以及表面活性剂亲水基团长度对相互作用的影响.随着X的增大,聚合物的临界聚集浓度(CAC)明显减小,X=0.5时聚合物的CAC低达0.0039g·L-1.聚集体的流体力学半径(Rh)都大于26nm,并随着聚合物浓度的升高而增大,说明聚合物分子主要以分子间的聚集方式聚集,形成多分子聚集体.随X的增大,聚集体Rh减小,同时Rh随聚合物浓度升高而增大的幅度减小,说明聚集体结构变得更加紧实.表面活性剂与聚合物之间存在很强的相互作用,在混合溶液中表面活性剂浓度达到临界胶束浓度(CMC)左右时聚合物聚集体开始解离,形成混合聚集体.亲水基团长度增长,表面活性剂对聚合物聚集体的解离能力随之增强.C12E40与X=0.5的聚合物形成的混合聚集体Rh为6.8nm,与C12E40自身形成的聚集体尺寸相当.     

疏水缔合聚丙烯酰胺与双子表面活性剂的自组装

通过荧光光谱、动/静态激光光散射研究了疏水缔合聚丙烯酰胺(HAPAM)自组装行为及双子表面活性剂(双十四酸乙二酯双磺酸盐(DMES-14))对其的影响.实验结果表明:聚合物HAPAM在溶液中能够通过自组装形成疏水微区,表现出芘的发射光谱中第一振动峰(373nm)与第三振动峰(383nm)的荧光强度之比(I1/I3)值随聚合物浓度的增大而下降,当聚合物HAPAM浓度(CP)达到一定值后,I1/I3值不再变化;当加入表面活性剂时,HAPAM能够与双子表面活性剂在溶液中形成混合胶束,在聚合物浓度一定时,I1/I3值随表面活性剂浓度(CS)的增大急速下降,当表面活性剂浓度达到30mg·L-1时,I1/I3值趋于恒定;当表面活性剂浓度一定时,聚合物/表面活性剂二元体系中聚集体的聚集数随HAPAM浓度的增大出现先下降再增加的过程;一定量的双子表面活性剂对HAPAM分子间的缔合起促进作用,过量的双子表面活性剂对HAPAM分子间的缔合起抑制作用,使HAPAM的表观重均分子量(Mw,a)、均方根回转半径()和流体力学半径()随表面活性剂浓度增加先增大后减小,而HAPAM的/比值则随表面活性剂浓度增大出现一定程度的上升,表明HAPAM分子链段变得相对舒展.     

影响反相微乳液导电性能的因素

分别以聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)或十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂, 与正己烷、正己醇和水构成反相微乳液. 研究了水相H+浓度、表面活性剂、助表面活性剂等对微乳液导电性能的影响. 结果表明, 增加水相H+浓度可大幅度提高反相微乳液的导电能力, 当H+浓度由1.0 mol•L-1增加到10 mol•L-1时, 微乳液的电导率可提高1~2个数量级. 当水相H+浓度为10 mol•L-1时, 微乳液的电导率随溶水量的增大而增大, 水油体积比为3:10时, 两种体系的电导率均达到3200 μS•cm-1. Triton X-100浓度对微乳液的电导率影响较大, 电导率随其浓度增加而增大；而CTAB浓度对微乳液电导率的影响较小, 电导率随其浓度增加略有减小；助表面活性剂正己醇使非离子型反相微乳液的电导率下降, 而使阳离子型反相微乳液的电导率先增大, 然后减小, 呈骆峰状变化.     

二甲基聚硅氧烷阴离子型乳液的稳定性

作为织物柔软剂,二甲基聚硅氧烷阴离子型稀乳液的耐电解质稳定性对实际应用有着重要的意义。然而有关这方面的报道极少,而关于非离子型和阴离子型表面活性剂对它的电解质凝聚稳定性的影响至今未见报道。     

基于分子动力学模拟的表面活性剂力场界面的构建及分析

以计算机模拟真实环境,根据分子动力学模拟原理以及相关应用,提出了使用分子优化软件,将分割后的分子片段在ATB网站上进行最终优化及拓扑文件的整合,并对抗盐性进行了试验验证,用在构建的界面中研究表面活性剂的活动轨迹以及离子对于此类表面活性剂的影响。在模拟过程中加入同一含量的Mg2+、Ca2+,考察这两种新型甜菜碱型两性离子表面活性剂在油水界面的密度分布及活动行为,从而研究表面活性剂结构和抗盐性之间的关系。研究结果表明,钙离子对NONA-CH3型甜菜碱界面行为的影响更为显著,它的抗盐性顺序为Na+Mg2+Ca2+;在相同外界条件下,NONA-CH2CH3的抗盐性能更优异。     

部分水解聚丙烯酰胺柠檬酸铝体系临界交联浓度的研究

采用落球粘度计、核孔膜过滤、动态光散射 (DLS)和2 7Al NMR法 ,研究了高分子量、低浓度的部分水解聚丙烯酰胺 (HPAM)与柠檬酸铝 (AlCit)体系形成交联聚合物溶液 (LPS)的临界交联浓度 .研究结果表明 ,HPAM AlCit体系在聚合物浓度较低时 ,溶液中主要发生形成交联聚合物线团 (LPC)的交联反应 ,此时形成的是LPS ,聚合物浓度增加到某一临界值后 ,体系中形成线团后 ,存在线团间的交联 ,此时形成的是弱凝胶 .不同方法所测得的HPAM AlCit体系的临界交联浓度基本相同 ,对于粘均相对分子质量为 1 4× 10 7的HPAM ,在NaCl浓度为 2 0 0 0mg L ,交联比 2 0∶1时形成的交联体系 ,其临界交联浓度在 2 0 0～ 30 0mg L间 .     

Tuning Colloidal Interactions Through Coordination Chemistry

The present work addresses the question of the range and amplitude of bridging attraction that is induced between surfactant micelles functionalized with complexing groups in the presence of coordination centers. An alkylethoxylated ester phosphate (AEP) is synthesized from a non‐ionic surfactant and anchored into DTAB micelles. In the absence of any coordination center, functionalized micelles repel each other. Phase behavior, dynamic light scattering and small angle neutrons scattering (SANS) experiments show that this repulsive interaction is switched to attractive by the addition of coordination centers such as aluminum cations. The extent of the composition range of coexisting phase depends on the concentration of coordination center and on the pH. Analysis of the structure factor obtained from SANS shows that the range of attraction is determined by the molecular dimension of the chelating surfactant, while the depth can be tuned with the concentration of coordination center and the pH. The strong influence of the pH is interpreted as arising from the condensation of aluminium cations that lead to high functional polynuclear complexes.     

交联聚合物线团的形态和尺寸研究

通过建立低压差下核孔膜过滤稀释液的方法 ,研究了低浓度HPAM与AlCit形成的交联聚合物溶液(LPS)中交联聚合物线团 (LPC)的形态和尺寸 .实验结果表明 ,LPC为球形结构 ,由于交联作用 ,其剪切变形程度有限 .低压差下核孔膜过滤法与动态光散射法 (DLS)和扫描电镜法 (SEM)相结合 ,可较为准确地判断LPC的尺寸范围 ,HPAM相对分子质量为 1 1× 10 7～ 1 4× 10 7、浓度为 0 0 2 % ,NaCl浓度 0 2 % ,交联比 2 0∶1的LPS中LPC的直径小于 1 38μm ,相当多的LPC直径在 4 5 0nm以上 ,平均流体力学直径约为 4 92nm .在一定聚合物浓度范围内 ,相同实验条件下 ,随着聚合物相对分子质量的增大 ,LPC尺寸逐渐增大 .LPS制成干片后 ,LPC的尺寸收缩有限 ,利用SEM法直接观测其形态 ,具有一定的准确性 ,可用此法对其进行研究 .     

低浓度部分水解聚丙烯酰胺/柠檬酸铝交联体系剪切稳定性研究

采用粘度法、核孔膜过滤和动态光散射(DLS)法,研究了高分子量低浓度的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)与柠檬酸铝(AlCit)反应所形成的交联体系的剪切稳定性和HPAM剪切降解后与AlCit反应所形成的体系的封堵性能及降解机理.研究结果表明,低浓度的HPAM与AlCit反应所形成的交联聚合物体系随剪切速率增加,其对1.2μm的核孔膜的封堵能力降低.HPAM稀溶液剪切降解后再与AlCit反应,低剪切速率对其封堵性能影响较小,而高剪切速率会使得其封堵性能大大降低.HPAM/AlCit交联体系和HPAM剪切降解后形成的交联体系的封堵性能下降的原因是HPAM/AlCit交联体系中交联聚合物线团(LPC)尺寸和HPAM中高分子线团的尺寸变小.     

Enhanced heavy oil recovery by organic alkali combinational flooding solutions

Although alkaline/surfactant/polymer (ASP) flooding is successfully applied in oil fields, some disadvantages such as scales, corrosion effects, and viscosity reductions of polymer solutions appear. Usage of organic alkalis can avoid or decrease these disadvantages. In this paper, the physicochemical properties, including interfacial tension (IFT), and viscosity, of organic alkali combinational flooding solutions and their effectiveness as enhanced oil recovery agents are investigated. Monoethanolamine (MEA) is the optimal one for decreasing the IFT among the three organic alkalis studied in this paper. Although MEA cannot decrease the IFT as low as NaOH does, it has good compatibility with both surfactant and the polymer hydrolyzed polyacrylamide (HPAM). MEA not only helps a surfactant solution or HPAM/surfactant mixture attain ultralow IFT values, but can also promote better viscosity stability for HPAM or HPAM/surfactant solutions compared to NaOH. Moreover, core flood experiments show that adding MEA can obtain additional tertiary oil recovery of 6%–10% original oil in place (OOIP) on the top of HPAM or HPAM/surfactant flooding, although MEA has a lower enhanced oil recovery than NaOH. The experimental results show that MEA is a good choice to replace NaOH in enhancing heavy oil recovery.     

Infrared spectra of bis(trifluoromethanesulfonyl)imide based ionic liquids: Experiments and DFT simulations

We measured the far- and mid-infrared spectra of three ionic liquids having bis(trifluoromethanesulfonyl)imide anions and three different cations of the families of pyrrolidinium and ammmonium ions. The molecular vibrations of the individual ions were calculated by means of DFT theory at the B3LYP/6-31G** level: we found good agreement between the experimental and the computed frequencies. The infrared lines are ascribable to molecular vibrations of the single ions, suggesting an extremely weak interaction between anions and cations. The spectral lines found experimentally between 760 and 1050 cm⁻¹ are fingerprints for different cations. The comparison with the calculated frequencies allows the assignment of the experimental spectral lines to specific molecular vibrations of anions and for the first time of the specific cations of the measured ionic liquids.     

Conductivity of lithium perfluorononanoate in water-poly(vinyl pyrrolidone) solutions

Conductivity measurements, focused on the counterion binding of lithium perfluorononanoate (LiPFN) micelles in pure water and in the presence of poly(vinyl pyrrolidone) (PVP), have been carried out. An abrupt decrease of the conductance of the LiPFN in pure water, due to the self aggregation of anions and to dynamic linkage of cations on the micellar surface, has been found. Analysis of the conductometric data indicates that about 50% of the stoichiometric concentration of Li⁺ interacts with the head groups of the perfluorinated anions involved in micellar assembly. Conductometric data of LiPFN-water-PVP systems reveals a favorable influence of the PVP on the micellization process modulated by the concentration and by the molecular weight of the polymer. Analysis of these data shows that in presence of PVP the degree of binding of lithium ion to the micellar assemblies linked to the polymer is smaller than in pure water. By increasing the amount of surfactant in solution up to the concentration where the polymer becomes saturated by LiPFN micelles, the binding of lithium ion in the system becomes slightly greater than that observed in LiPFN-water system. This finding can be interpreted in terms of additional binding of lithium ion to the polymer chains. Conductivity measurements carried out on LiClO₄ and KClO₄ in water + PVP support this interpretation.     

金属阳离子对聚丙烯酰胺溶液黏度的影响及其降黏机理研究

聚丙烯酰胺(HPAM)是油田常用的驱油聚合物,用油田污水配制HPAM溶液易导致其黏度明显降低,影响驱油效果。依据埕东油田污水实测的各种金属阳离子含量来配制HPAM溶液,测得各金属阳离子对其黏度影响由大到小的顺序为:Na⁺>Fe²⁺>Ca²⁺>K⁺>Mg²⁺;通过红外光谱和扫描电镜分析金属阳离子导致HPAM溶液降黏的机理,Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺主要是通过与HPAM链上的羧酸根阴离子静电引力相互作用,降低HPAM分子表面原有的电荷密度,造成分子链卷曲,同时减弱了极性基团的溶剂化能力,释放大量的"束缚水",从而使黏度显著降低;Fe²⁺离子主要是与水中溶解氧共同作用,引发自由基反应,导致HPAM骨架水解断裂,致使黏度显著降低。     

粘度法测定部分水解聚丙烯酰胺的分子量

在 2 5℃、浓度为 1mol L的NaCl水溶液中 ,测定了聚合度 (DP)为 1 48× 10 3～ 3 79× 10 4的聚丙烯酰胺 (PAM)及其水解度 (h)在 0 %～ 70 %之间的部份水解聚丙烯酰胺 (HPAM)的特性粘度 ([η]) .根据聚电解质理论和Kowblansky的研究结果 ,建立了特性粘度 [η]与聚合度DP、水解度h之间的定量关系式 :[η]=0 1113DP0 83 2 9+0 9973DP0 753 1 (1- 0 81h1 2 )h .用该式处理方献数据 ,其平均误差为 13 74%     

化学驱油过程中部分水解聚丙烯酰胺的二级结构研究

高分子量聚丙烯酰胺水溶液因其显著的增粘作用与粘弹性而在三次采油中得到广泛应用 .多年来大庆油田采用注入部分水解聚丙烯酰胺 (HPAM)水溶液驱油 ,实践证明 ,此法可大幅度提高原油采出率[1,2 ] .关于聚丙烯酰胺及其部分水解产物 (结构上等价于丙烯酰胺与丙烯酸的无规共聚物 )的链结构评价及其同高价离子的络合作用已有一些报道 [3～ 6] .在聚合物驱油过程中 ,HPAM水溶液在地下岩层中流动时间较长 ,实验室难以模拟 ,有关 HPAM流经地下岩层后的结构研究尚未见报道 .评价化学驱油油田矿场采出液中 HPAM的链结构 ,并探讨其结构变化机理…