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.     

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 .     

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HPAM/AlCit交联体系的27Al NMR研究

用27Al NMR谱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)体系交联反应过程中Al的化学位移和Al的自旋-晶格弛豫时间的变化. 结果表明, HPAM与AlCit反应后, 与HPAM分子链上的羧基发生配位交联的Al的化学位移向低场移动, 而不参与交联反应的AlCit分子结构中Al的化学位移基本不变. HPAM/AlCit交联体系中存在三种形态的Al, 分别对应三种不同的自旋-晶格弛豫时间. 当HPAM的质量浓度≤200 mg/L时, HPAM与AlCit反应过程中交联态Al的自旋-晶格弛豫时间τ13随反应进行变小, HPAM与AlCit主要发生分子内交联反应. 当HPAM的质量浓度≥250 mg/L时, HPAM与AlCit反应过程中交联态Al的自旋-晶格弛豫时间τ13随反应进行变大, HPAM与AlCit主要发生分子间交联反应.     

柠檬酸铝/聚丙烯酰胺胶态分散凝胶反应动力学和机理的研究

采用粘度法研究了柠檬酸铝（AlCit)与部分水解取丙烯酰胺（HPAM）胶态分散凝胶体系的反应动力学。结果表明，胶态分散凝胶体系的交联反应是一级反应。并推导出胶态分散凝胶体系的反应动力学方程。     

粘度法研究胶态分散凝胶交联过程

通过粘度测定方法,研究了部分水解聚丙烯酰胺（ＨＰＡＭ）／ 柠檬酸铝（ＡｌＣｉｔ） 交联过程中粘度变化的特性．聚合物浓度高的ＨＰＡＭ／ＡｌＣｉｔ 体系粘度随反应时间的延长而上升,其体系粘度最终高于相同聚合物浓度的ＨＰＡＭ 溶液粘度．聚合物浓度低的ＨＰＡＭ／ＡｌＣｉｔ 体系粘度随反应时间的延长而下降,其体系粘度低于相同聚合物浓度的ＨＰＡＭ 溶液粘度．ＨＰＡＭ／ＡｌＣｉｔ 交联体系的聚合物浓度低于临界浓度时,交联反应后形成稀胶态分散凝胶（ＴＣＤＧ） ．在实验条件下,临界浓度在１５０ ～３００ｍｇ／Ｌ 之间．当聚合物浓度于临界浓度和７００ｍｇ／Ｌ之间时,形成浓胶态分散凝胶（ＣＣＤＧ） ;当聚合物浓度高于７００ｍｇ／Ｌ 时,ＨＰＡＭ／ＡｌＣｉｔ 交联体系形成整体凝胶．     

流变学法研究部分水解聚丙烯酰胺/Cr(III)交联反应I.浓度的影响

采用流变学法系统地考察了部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）/Cr(III)交联体系的 反应动力学。HPAM溶液的粘性模量G”大于弹性模量G’,且其数值随时间不发生变 化,体系为粘性溶液。而HPAM/Cr(III)体系的G’和G”的数值都随时间变化,G” 在反应开始阶段大于G’,当反应进行一段时间后,G’超过G”占据主要地位,体 系成为弹性体系。交联过程可分为三个阶段：第一上升阶段,平缓上升阶段和第二 上升阶段。利用G’～ t曲线可以推测反应机理。实验发现成胶速率随反应物HPAM 和Cr(III)的浓度的增加而增加,而成胶时间缩短。在羧基浓度过量的情况下,交 联反应对Cr(III)浓度的反应级数是1。凝胶的有效弹性交联密度随聚合物浓度的增 加而增,且随凝胶反应的进行而增加。凝胶的交联点间的平均分子量随Cr(III)浓 度的增加和交联反应的进行而下降。     

流变学法研究部分水解聚丙烯酰胺/Cr(III)交联反应I.浓度的影响

采用流变学法系统地考察了部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）/Cr(III)交联体系的 反应动力学。HPAM溶液的粘性模量G”大于弹性模量G’,且其数值随时间不发生变 化,体系为粘性溶液。而HPAM/Cr(III)体系的G’和G”的数值都随时间变化,G” 在反应开始阶段大于G’,当反应进行一段时间后,G’超过G”占据主要地位,体 系成为弹性体系。交联过程可分为三个阶段：第一上升阶段,平缓上升阶段和第二 上升阶段。利用G’～ t曲线可以推测反应机理。实验发现成胶速率随反应物HPAM 和Cr(III)的浓度的增加而增加,而成胶时间缩短。在羧基浓度过量的情况下,交 联反应对Cr(III)浓度的反应级数是1。凝胶的有效弹性交联密度随聚合物浓度的增 加而增,且随凝胶反应的进行而增加。凝胶的交联点间的平均分子量随Cr(III)浓 度的增加和交联反应的进行而下降。     

流变学法研究部分水解聚丙烯酰胺/Cr(Ⅲ)交联反应Ⅰ.浓度的影响

采用流变学法系统地考察了部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)/Cr(Ⅲ)交联体系的反应动力学.HPAM溶液的粘性模量G"大于弹性模量G＇,且其数值随时间不发生变化,体系为粘性溶液.而HPAM/Cr(Ⅲ)体系的G＇和G"的数值都随时间变化,G"在反应开始阶段大于G＇,当反应进行一段时间后,G＇超过G"占据主要地位,体系成为弹性体系.交联过程可分为三个阶段:第一上升阶段,平缓上升阶段和第二上升阶段.利用G＇～t曲线可以推测反应机理.实验发现成胶速率随反应物HPAM和Cr(Ⅲ)的浓度的增加而增加,而成胶时间缩短.在羧基浓度过量的情况下,交联反应对Cr(Ⅲ)浓度的反应级数是1.凝胶的有效弹性交联密度随聚合物浓度的增加而增加,且随凝胶反应的进行而增加.凝胶的交联点间的链平均分子量随Cr(Ⅲ)浓度的增加和交联反应的进行而下降.     

遥爪型聚合物交联反应的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics, DPD)方法研究了稀溶液中遥爪型聚合物的交联反应过程. 考察了体系中交联度、 链长及浓度等因素对反应达到稳态时所形成的网络结构的影响, 并通过计算聚合物交联结合能(U), 统计达到稳态时特征交联结构的数量来判定各因素对体系的作用. 结果表明, 交联度决定体系的微观结构, 而聚合物链长决定交联结构的连通性. 另外, 特征环形结构数与遥爪型聚合物的浓度及链长均存在线性依赖关系.     

Effect of Composition of HPAM/Chromium(III) Acetate Gels on Delayed Gelation Time

A delayed crosslinking system employed with hydrolyzed polyacrylamide (HPAM) and chromium acetate was developed for high profile control in low-temperature reservoirs. The crosslinking system formed strong gel at polymer concentration range of 3000–5000 mg/L, and the gelation time was delayed to 8–30 days, which offered the crosslinking system enough time to flow into deep water-producing zones and plug large pore paths, forcing follow-up fluids to enter low-permeability layer and reduce disproportionate permeability. The effect of polymer hydrolysis degree, polymer concentration, pH, and crosslinker concentration on delaying gelation time was evaluated using bottle testing. Meanwhile, sand-packed tube displacement experiments revealed the plugging performance of delayed crosslinking system. According to Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis, as well as crosslinking mechanism between polymer and chromium acetate, the delayed mechanism of crosslinked system demonstrated that due to stronger affinity of acetate complexes as a ligand, its substitution in situ by carboxylate group of polyacrylamide slowed down the initial rate-determining step of crosslinking reaction.     

Investigation on the Stability of the Dispersion System of Cross-Linked Polyacrylamide Microspheres

The salt resistance, temperature resistance, and shear stability of a cross-linked polyacrylamide microsphere system are studied by microfiltration, light diffraction analysis, and optical microscopy. The results show that other conditions being equal, the particle diameter of cross-linked polyacrylamide microspheres decreases with increased NaCl concentration. When NaCl concentration is lower than 10,000 mg/L, its effect on the plugging performance of a cross-linked polyacrylamide microsphere system in regard to the nuclear pore membrane is weak in comparison with a linked polymer solution, but the former system has better salt tolerance. Particle diameter decreases with increased swelling temperature. When the swelling temperature is below 90°C, its effect on the plugging performance of the cross-linked polyacrylamide microsphere system in regard to nuclear pore membrane is weak in comparison with the linked polymer solution, but has better temperature tolerance. Particle size shows little change, with shearing rate being increased, while the shape remains about the same and the effect of shearing on the plugging performance of the cross-linked polyacrylamide microsphere dispersion system in regard to the nuclear pore membrane is weak in comparison with the linked polymer solution, but has better shear stability. The salt tolerance, temperature tolerance, and shear stability of microspheres are associated with a particular cross-linked structure.     

纳米SiO2/HPAM/NaCl分散体系的稳定性、流变性及驱油性能研究

利用纳米粒度及Zeta电位分析仪、流变仪和悬滴法对纳米SiO_2/HPAM/NaCl体系60℃的稳定性、流变性及油水界面张力进行了研究。结果表明,HPAM的加入使SiO_2悬浮液的Zeta电位更负、粒径明显增加,静置10 d无明显浑浊现象。加入纳米SiO_2后,HPAM溶液的黏度增加,耐温、耐盐和耐剪切性能得到改善。对于质量分数为0.18%的HPAM溶液,SiO_2质量分数小于0.5%时,随SiO_2质量分数的增加,体系的黏度、储能模量和损耗模量增加,临界线性应变减小,蠕变回复能力增强;SiO_2质量分数大于0.5%时,出现了相反的现象;这是因为SiO_2质量分数不同时,HPAM在SiO_2表面的吸附量、吸附构型及两者之间形成的网状结构不同。纳米SiO_2的加入同时强化了HPAM降低油水界面张力的性能,加入质量分数为0.2%和0.5%的SiO_2后,HPAM的采收率分别提高了4.5%和6.0%。