絡合作用對鉆井液性能影響研究

摘 要:通過研究聚乙二醇400、聚乙二醇2000、聚乙烯比咯烷酮、80A51等聚合物的反應，發現這些聚合物可以有效的降低聚丙烯酰胺、80A51等聚合物的粘度。原因是他們可以通過以氫鍵為主的幾種作用力與聚合物形成高分子絡合物，降低了大分子之間的交聯作用，阻礙了空間網狀結構的形成，同時，也降低了大分子的特性粘度，從而可以有效的降低聚合物溶液的粘度。

關鍵詞:絡合 鉆井液 聚合物 粘度 試驗

中圖分類號:TE25文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(c)-0003-01

1 鉆井液粘度影響因素分析

1.1 聚合物鉆井液3種降粘劑及其作用機理

在我國通?？梢园呀嫡硠┓譃?類。

(1)鐵鉻木質素磺酸鹽，磺甲基栲膠，磺甲基褐煤?；羌谆鶈螌?。主要是一些改性的天然有機化合物。

(2)焦磷酸鈉。三聚磷酸鈉，六偏磷酸鈉，有機硅稀釋劑。主要是一些低分子量的無機物和有機硅醇類。

(3)都是共聚物型的降粘劑:VAMA，SSMA，XB-40、XT-501，XW-74等。

共聚物型稀釋劑對聚合物鉆井液的降粘機理的要點主要有3個，與高聚物形成大分子絡合物，拆散了與粘土形成的橋聯結構;使高聚物分子收縮、脫水;削弱了高聚物分子之間的交聯結構。

1.2 絡合反應對鉆井液性能的影響

1.2.1 絡合反應的降粘作用

在純水介質中，將濃度為0.4g/L的PVP和HEC以體積比100∶1、91∶1、82∶1、73∶1比例混合。試驗結果表明，以不同比例混合的PVP/HEC復合體系的相對粘度低于理論的稀釋曲線，即在試驗濃度范圍內，二者的相互作用對粘度產生了負協同效應。此現象與HPAM/PVP混合體系的結果相反。其原因是HPAM是既含有負電基團又含有酰胺基團的柔性大分子，PVP在水溶液中帶有微弱正電荷，微弱的靜電吸引使二者相互接近形成大分子復合物，此復合物具有良好的親水性，在水中大分子鏈伸展，并相互纏結，從而具有較大的水動力學體積，故使體系粘度升高;而HEC是剛性大分子，其分子主鏈及側鏈上含有多個羥基，易與水形成氫鍵，使HEC分子具有較大的水動力學體積，故單一HEC溶液粘度較高。PVP的存在破壞了HEC與水間的氫鍵網絡結構，HEC與PVP形成的復合物結構比較緊湊，復合物的水動力學體積比單一組分的小，所以PVP/HEC復合體系的粘度降低。

1.2.2 絡合反應的提粘作用

PVP/HPAM混合體系的增比粘度比單一體系增比粘度的簡單加和大得多。光譜結果顯示，在溶液中二者通過靜電力可形成超分子復合物?？梢栽黾泳酆衔锬酀{的粘度，以達到提高原油采收率的目的。

2 試驗方法

2.1 溶液配制

分別在大容量瓶中配制1%聚丙烯酰胺溶液，1%80A51溶液，1%聚乙二醇400溶液，1%聚乙二醇2000溶液，1%聚乙烯吡咯烷酮溶液，并靜置4～5d，讓其充分溶解;配制5%氫氧化鈉溶液。

2.2 粘度測定

第1步：濃度為0.8‰的聚丙烯酰胺溶液與濃度為1‰的聚乙二醇溶液混合，測其粘度。用移液管分別取1%聚丙烯酰胺溶液8 mL，1%聚乙二醇400溶液10 mL，將其放入容量瓶中，然后再加入82 mL蒸餾水，使其總量為100 mL，則在混合溶液中聚丙烯酰胺溶液濃度為0.8‰，聚乙二醇400溶液的濃度為1‰。

第2步：將混合溶液充分混合后，加入平式毛細管粘度計中，然后降粘度計放入恒溫熱水槽(熱水槽溫度為25℃)中，待溫度恒定后按照規則測取混合溶液粘度，測2到3遍。

第3步：在混合溶液中加入氫氧化鈉溶液，調節混合溶液的pH值，使pH值大約為9，然后用粘度計測其粘度，測2到3遍。

按照以上步驟，將聚乙二醇400溶液分別換作聚乙二醇2000溶液、聚乙烯吡咯烷酮溶液，將聚丙烯酰胺溶液換作80A51溶液等，就可以測出其他數據。

3 試驗結果與討論

3.1 聚乙二醇400對聚丙烯酰胺溶液粘度的影響

在加入不同濃度的聚乙二醇400溶液，pH=7時，混合溶液的粘度是下降的。在混合溶液中，當聚乙二醇400濃度很低時，混合溶液粘度就可以得到大幅度的降低，隨著聚乙二醇400的濃度的進一步增加，混合溶液粘度有所提高，再加大聚乙二醇400的濃度，混合溶液的粘度又有所下降，總體上圖線呈鋸齒狀。

聚合物在水溶液中能夠通過庫侖力、氫鍵、疏水作用、范德華力等作用力形成絡合物，主要是以氫鍵和疏水作用為主。

3.2 聚乙二醇2000對聚丙烯酰胺溶液粘度的影響

分析可以看出，pH=7時，在混合溶液中，當聚乙二醇2000濃度很低時，聚丙烯酰胺溶液的粘度就有大幅度降低，然后隨著聚乙二醇2000濃度的增大，混合液粘度先稍微上升，然后又有所下降，總體上使曲線呈鋸齒狀，并且后期粘度變化幅度都比較小。聚乙二醇2000的的濃度大小對聚乙二醇的降粘效果影響不大。通過比較分析，pH值對聚乙二醇2000對聚丙烯酰胺的粘度影響有所影響，但影響不大。

3.3 聚乙烯吡咯烷酮對聚丙烯酰胺溶液粘度的影響

試驗結果表明，在pH=7的情況下，隨著聚乙烯吡咯烷酮濃度的逐步增加，聚丙烯酰胺溶液的粘度稍微有所上升，但是變化幅度很小，基本上趨于穩定，說明聚乙烯吡咯烷酮的濃度大小對降低聚丙烯酰胺粘度的效果影響不大。

在pH=9時，效果不如pH=7時明顯。增加聚乙烯吡咯烷酮濃度，聚丙烯酰胺溶液的粘度明顯上升，隨著聚乙烯吡咯烷酮濃度的進一步增大，曲線先下降，然后上升，但是變化幅度比較小。

由分析可以看出，pH值大小對聚乙烯吡咯烷酮的降粘效果有所影響，pH值較大時降粘效果不明顯。

4 結語

聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮在加入很少量時，就可以大幅度降低聚丙烯酰胺溶液的粘度，原因是他們可以與聚丙烯酰胺通過氫鍵形成高分子絡合物。形成絡合物后，降低了大分子之間的交聯作用，阻礙了空間網狀結構的形成，同時，也降低了大分子的特性粘度，從而可以降低聚合物溶液的粘度。

參考文獻

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