溫敏驅油劑的合成及性能評價

摘 """""要："本文以丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、十六烷基二甲基烯丙基氯化銨為合成單體，采用共聚后水解工藝，合成了溫敏驅油劑。由紅外光譜曲線可以看出，溫敏驅油劑的聚合單體均接入納米減阻劑的分子鏈。合成的聚合物具有優異的增黏、抗鹽、抗剪切性能，且具有溫度敏感特性，在一定范圍內，隨著溫度的升高黏度不斷增加。

關 "鍵 "詞：驅油劑； 聚丙烯酰胺； 溫敏； 抗鹽

中圖分類號：TE357.46 """"文獻標志碼： A """"文章編號： 1004-0935（2024）07-1028-0×4

在油氣田開發中，部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）作為一種水溶性聚合物增稠劑在三次采油領域得到了廣泛的應用^[1-3]。常規線性聚合物隨著溫度和礦化度的提高，黏度不斷下降，在儲層條件較差的三類油藏中，常規聚合物的驅油效率會大幅度下降，因此，研發合成一種耐溫抗鹽型驅油劑對于油田開發具有重要意義^[4-8]。

本文采用共聚后水解工藝，合成了一種溫敏聚合物，不僅具有良好的抗鹽性能，而且在一定溫度條件下隨著溫度的升高，聚合物黏度不斷增加。可解決油田現場清配污稀以及現場回注水配液后注入黏度下降的問題。

1 "實驗部分

1.1 "實驗試劑

丙烯酰胺，工業級，山東諾爾生物科技有限公司；十六烷基二甲基烯丙基氯化銨，工業級，廣東翁江化學試劑有限公司；N，N-二甲基丙烯酰胺，工業級，昆山晟安生物科技有限公司；椰油酰胺丙基甜菜堿，工業級，山東大明精細化工有限公司；氫氧化鈉、無水氯化鈣、六水氯化鎂、氯化鈉、甲酸鈉、過硫酸銨、亞硫酸氫鈉，分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 "實驗儀器

球形反應釜（1 000 mL），上海予華儀器有限公司；數顯溫度計，山東朗斯普電子科技有限公司；攪拌器（RW20），德國IKA有限公司；BROOKFIELD黏度計（GX-2005），美國博勒飛公司；紅外光譜儀（QL-ican9），米德儀器；減阻儀（JZL-1），江蘇華安科研儀器有限公司；流變儀（HAAKE MARS 40），賽默飛世爾科技有限公司；電子分析天平（ME104），廣東鼎衡自動化設備有限公司。

2 "溫敏驅油劑的合成及其結構表征

2.1 "溫敏驅油劑的合成

溫敏驅油劑的合成包含以下4個步驟：1）在燒杯中加入丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、十六烷基二甲基烯丙基氯化銨、椰油酰胺丙基甜菜堿和去離子水，充分溶解后，用氫氧化鈉調節溶液pH，充分混合均勻；2）體系溫度調整至10 ℃，通氮氣除氧30 min，加入氧化劑過硫酸銨和還原劑亞硫酸氫鈉引發聚合，溫度反應至最高溫度后保溫4 h反應結束；3）取出反應完成的膠塊，通過造粒機將膠塊破碎為細小膠粒；4）在細小膠粒中加入一定比例的氫氧化鈉，混合均勻后在80 ℃條件下水解4 h，水解完成后，造粒，烘干、粉碎得到溫敏驅油劑。其反應式如下式所示：

2.2 "紅外光譜分析

用傅里葉紅外變換紅外光譜儀測定溫敏驅油劑的紅外光譜，紅外譜圖如圖1所示。

由溫敏驅油劑的紅外光譜圖可以看出，在1 565 cm^-1左右處的吸收峰為季銨鹽分子中的C-H彎曲振動和C-N伸展振動，1 720 cm^-1處的吸收峰是酰胺基團中的C=O鍵的伸縮振動峰，2 910 cm^-1處的吸收峰是飽和C-H鍵的吸收峰，3 360 cm^-1處的吸收峰是酰胺基團中的-CO-NH-的伸縮振動峰，由紅外譜圖可以看出，溫敏驅油劑的聚合單體均接入減阻劑的分子鏈。

3 "溫敏驅油劑性能評價

3.1 "增黏性能分析

對比測試在不同濃度下溫敏聚合物與常規線型聚合物的黏度變化，鹽水采用Q/SH CG 0159—2021中6.2.2規定的Ⅱ型標準鹽水，常規線性聚合物采用山東諾爾生物科技有限公司生產的2 500萬分子量線性聚合物高分子，在室溫下測定其表觀黏度變化情況，實驗結果見表1。

由實驗數據可以看出，隨著濃度的提高，常規線性聚合物和溫敏聚合物的黏度都大幅增加，其中溫敏聚合物的增加幅度更大。在聚合物質量濃度1"000×10^-6以內時，溫敏聚合物的黏度比常規線性聚合物的黏度低，超過1"000×10^-6后，溫敏聚合物的黏度大幅度增加，增黏效果優于常規線性聚合物，這是因為在溫敏聚合物分子鏈中存在疏水側鏈，當聚合物的濃度超過締合濃度后，分子間的疏水締合效果增強，結構黏度迅速增大；當濃度過低時，未達到分子間的締合濃度，聚合物分子鏈主要為分子內締合，使分子鏈卷曲，從而導致水化效果差，增黏效果變弱^[9-11]。

由實驗數據可以看出，隨著濃度的提高，常規線性聚合物和溫敏聚合物的粘度都大幅增加，其中溫敏聚合物的增加幅度更大。在聚合物濃度1000ppm以內時，溫敏聚合物的粘度比常規線性聚合物的粘度低，超過1000ppm后，溫敏聚合物的粘度大幅度增加，增黏效果優于常規線性聚合物，這是因為在溫敏聚合物分子鏈中存在疏水側鏈，當聚合物的濃度超過締合濃度后，分子間的疏水締合效果增強，結構粘度迅速增大；當濃度過低時，未達到分子間的締合濃度，聚合物分子鏈主要為分子內締合，使分子鏈卷曲，從而導致水化效果差，增黏效果變弱。

3.2 "抗鹽性能分析

為測定溫敏聚合物的抗鹽性能，采用Ⅱ型標準鹽水中各種離子的比例，配制礦化度為1 000×10^-6、5 000×10^-6、10 000×10^-6、20 000×10^-6以及40 000×10^-6的鹽水，在25 ℃下測定溫敏聚合物和線性聚合物在不同鹽水下表觀黏度的變化情況，測試濃度為1 500×10^-6，實驗結果如圖2所示。

由實驗數據可以看出，隨著礦化度的增加，溫敏聚合物和線性聚合物的黏度都下降，但線性聚合物下降的幅度更大，溫敏聚合物在低礦化度條件下，下降幅度較大，在高礦化度條件下，下降幅度相對較小，這是因為，在低礦化度條件下線性聚合物的親水基團得到充分伸展，而溫敏聚合物同時存在親水基團和疏水側鏈，在高礦化度條件下，溫敏聚合物的增黏效果增強^[12-14]。

3.3 "抗剪切性能分析

用流變儀分別測定溫敏驅油劑和線性聚合物在不同剪切速率下的黏度，測試溫度為25 ℃，測試鹽水為Ⅱ型標準鹽水，聚合物濃度為1 500×10^-6，剪切速率從1 s^-1逐漸增長到340 s^-1實驗結果如圖3所示。

由剪切測試數據可以看出，溫敏聚合物和線性聚合物隨著剪切速率的升高，黏度不斷下降，即出現剪切變稀現象。線性聚合物隨著剪切速率的升高，黏度下降幅度比溫敏聚合物大，說明溫敏聚合物具有較好的抗剪切性能。

3.4 "抗溫性能分析

為測定溫敏聚合物的抗溫性能，用流變儀分別測定線性聚合物和溫敏聚合物在35、50、65、80、95、110 ℃下的黏度，每個溫度測定時間為10 min，測試鹽水為Ⅱ型標準鹽水，聚合物質量濃度為1 500×10^-6，實驗結果如圖4所示。

由流變測試數據可以看出，常規線性聚合物隨著溫度的升高，黏度不斷下降，而溫敏聚合物隨著溫度的升高，黏度不斷升高，在80 ℃之后，黏度大幅度提高，這是溫敏單體與疏水單體共同對聚合物的黏度作用的影響。

4 "結 論

1）本文以丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、十六烷基二甲基烯丙基氯化銨為合成單體，采用共聚后水解工藝，合成了溫敏驅油劑，由紅外光譜曲線可以看出，溫敏驅油劑的聚合單體均接入納米減阻劑的分子鏈。

2）通過性能評價數據可知，合成的聚合物具有優異的增黏、抗鹽、抗剪切性能，且具有溫度敏感特性，在一定范圍內，隨著溫度的升高黏度不斷增加。

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Synthesis and Performance Evaluation of Temperature

Sensitive Oil Displacement Agents

SUN Jian-bo， FU Xin， LIU Jie， GENG Xiang-bin， REN Ru-yue

（Shandong Nuoer Biotechnology Co.， Ltd.，"Dongying"Shandong Dongying 257000，，"China）

Abstract："In this paper， Acrylamide， N，"N-dimethylacrylamide and cetyldimethylallylammonium chloride were used as synthetic monomers， and the temperature-sensitive oil displacement agent was synthesized by hydrolysis process after copolymerization. It can bewas"seen from the infrared spectrum curve that the polymerized monomers of the temperature-sensitive oil displacement agent are were all connected to the molecular chain of the nano-drag reducer. The synthesized polymer has had excellent tackifying， salt resistance， shear resistance， and temperature-sensitive properties. In a certain range， the viscosity increases increased with the increase of temperature.

Key words："Oil displacement agentEor; "Polyacrylamide; "Temperature sensitive; "Salt resistance