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.     

低浓度HPAM/AlCit交联聚合物溶液性质研究

采用粘度法、扫描电镜（SEM）、核孔膜过滤、动态光散射（DLS）和27Al 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）体系交联反应过程溶液性质变化.结果表明，HPAM与AlCit反应在低剪切速率时体系粘度随反应进行而降低，在剪切速率较高时具有剪切稠化现象，HPAM与AlCit反应过程中交联态Al的自旋 晶格弛豫时间随反应进行变短.低浓度的HPAM与AlCit发生分子内交联反应形成交联聚合物线团（LPC）在水中的分散体系，即交联聚合物溶液（LPS）.交联聚合物溶液中LPC的平均流体力学半径约为238 nm，其形态接近球形，具有多分散性. LPS对1.2 μm核孔膜的封堵程度与其反应时间有关.     

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.     

水解聚丙烯酰胺柠檬酸铝体系成胶行为与形态结构的研究

采用光学显微镜、扫描电镜及流变性能测试等手段 ,研究了部分水解聚丙烯酰胺 (HPAM )与柠檬酸铝 (AlCA)的成胶行为与形态结构 .结果表明 ,当AlCA浓度超过 10 0mg/L时 ,随HPAM浓度由低向高变化 ,HPAM AlCA交联体系可形成三种不同形态结构的凝胶 :分散凝胶 (由交联聚合物颗粒形成的分散体 )、两相(分散凝胶相与连续网状凝胶相 )共存凝胶和连续网状凝胶 .HPAM AlCA形成分散凝胶时 ,无明显的粘度升高现象 ,但体系中存在由HPAM大分子交联在一起的颗粒结构 .HPAM AlCA在形成连续网状凝胶时 ,体系复模量和复粘度大幅度提高 ,网状凝胶中含有粒状凝胶颗粒 .     

交联聚丙烯酰胺溶液染色研究

采用显微镜研究了预交联聚合物凝胶溶液的染色过程,结果表明由于静电作用,亚甲基蓝溶液中阳离子基团与凝胶颗粒中的阴离子基团相互作用形成一种深蓝色的缔合物;交联聚物线团也可以与亚甲基蓝分子形成深蓝色的缔合物,使交联聚合物线团显色,能够直接观测到交联聚合物线团在溶液中的形态。采用扫描电镜、动态光散射、流变仪和岩心封堵实验研究了染色后交联聚合物的线团形态尺寸和溶液的流变性、封堵特性。结果表明,染色后的交联聚合物线团仍是几百纳米左右的在水中分散的球形体,在形态和尺寸上与未染色的交联聚合物溶液没有发生较大的变化;染色后交联聚合物溶液在一定剪切速率范围内表现为胀流性和负触变性。     

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.     

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.     

正负离子和表面活性剂对水解聚丙烯酰胺分子线团尺寸的影响及其作用机理

采用动态光散射(DLS)方法,研究了无机电解质正离子与负离子对部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)分子线团尺寸的影响,也研究了阴离子型表面活性剂与非离子型表面活性剂对HPAM分子线团尺寸的影响.结果表明,无机电解质负离子对HPAM分子尺寸(分子流体力学直径(Dh))影响较小,而无机电解质正离子对Dh的影响较大,且影响程度随正离子浓度增大而减小.Ca2+、Mg2+、K+和Na+对Dh的作用强弱顺序为Mg2+>Ca2+>Na+>K+.当向聚合物溶液中加入阴离子型表面活性剂时,随表面活性剂浓度增大,Dh先减小,后增大,再减小.此外,由于强烈的静电斥力作用,阴离子型表面活性剂分子在聚合物分子表面吸附较弱,难形成"表面活性剂-聚合物"络合物,而非离子型表面活性剂会以类似于胶束聚集体的形式吸附在聚合物分子链上,形成"表面活性剂-聚合物"络合物,结果造成Dh随表面活性剂浓度增加而逐渐增大.     

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．     

流变学法研究表面活性剂与HPAM的相互作用

流变学法研究表面活性剂与HPAM的相互作用;聚合物;表面活性剂;相互作用;流变学方法     

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.     

脱氧核糖核酸分子在高分子溶液3个不同浓度区间的电泳迁移行为

 借鉴高分子亚浓溶液线团收缩理论 ,研究了脱氧核糖核酸 (DNA)片段在高分子溶液全浓度区间的电泳迁移行为。结果表明 ,在高分子稀溶液、亚浓溶液和浓溶液 3个不同浓度区间 ,DNA的电泳迁移行为各不同 ,DNA片段的分离在这 3个浓度区间也存在差异。     

部分水解聚丙烯酰胺弱凝胶交联动力学的流变学分析

用流变学方法对部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)苯酚甲醛间苯二酚交联体系的弱凝胶化过程进行了研究,通过对基团转化率和高分子交联转化率的分析,发现凝胶化过程在接近凝胶点时,处于反应动力学的初期,这使得交联点增加的动力学是比较简单的.通过在不同聚合物浓度和交联剂浓度并在地层温度和矿化度条件下线性粘弹性行为的研究,得到了交联体系凝胶化动力学过程的完整数据,发现聚合物浓度与交联剂浓度对凝胶点与凝胶强度的影响比较类似,反映出交联点增加的共同动力学特征.复数粘度在一个诱导期后,是以指数上升的,类似一个一级反应的特征.产生交联的临界聚合物浓度约为250mg L左右.并提出了剪切粘度数学模型,可以描述凝胶化过程中流变性质的变化.     

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。