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随着全球能源需求的快速增长,普通轻质原油的枯竭和稠油需求量的增大已成为不可逆转的局势,但是高黏度稠油的开采一直存在较大的难度,如今发展较为迅速且运用较广的驱油剂主要是高分子聚合物。但传统聚丙烯酰胺类的聚合物驱油剂往往存在增稠性能差、高温高矿化度下易分解、乳化效果差等特点,迫使人们寻找更加合适的聚合物驱油剂。
针对上述常规聚合物在驱油过程中存在的问题,本文将非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚通过酯化反应制备两亲性单体壬基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯(NPnAA),并与丙烯酸(AA)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)以及十二烷基苯乙烯(4-DS)通过胶束聚合的方法合成两亲性共聚物,并对其聚合条件以及聚合物的性能进行了一系列探究和测试,结果如下:
(1)通过酯化反应合成了含不同亚乙氧基(EO)单元数的壬基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯NPnAA(n=6,15,20,30),并利用核磁共振氢谱、液相色谱-质谱和红外光谱对NPnAA进行了结构的确定。
(2)将单体NPnAA同AA和AMPS进行胶束共聚得到三元两亲性共聚物PAMA1~PAMA4,并对聚合反应条件进行了筛选,得到优化后的反应条件如下:三种单体质量比为AA∶AMPS∶NPnAA=80∶18.6∶1.4,聚合引发温度为30℃,过硫酸钾(KPS)占总单体质量的0.2%,四甲基乙二胺(TMEDA)与KPS的物质的量比为5∶1,SDS与NPnAA的物质的量比4∶1。共聚物PAMA1~PAMA4的结构通过红外光谱和核磁共振氢谱得到表征,并通过热重分析(TGA)表明这些共聚物分子主链的分解温度均高于360℃,具有一定的热稳定性。通过对共聚物PAMA1~PAMA4的性能测试可知,PAMA4具有相对较好的界面性能,并对稠油具有较好的乳化降黏性能,降黏率可达78.8%。
(3)为进一步提高两亲性共聚物性能,由NPnAA、AA、AMPS和4-DS共聚形成了四元两亲性共聚物,并对聚合条件进行了优化。首先通过改变NPnAA中EO单元数制得聚合物PCAAN1~PCAAN3,对其性能测试表明,由NP30AA制备的聚合物PCAAN3的表界面性能相对较好,对稠油乳化较快且降黏率为最高达85.4%;接下来通过改变4-DS的用量制得聚合物PCAAM1~PCAAM5,对其性能测试表明,含4-DS质量分数为0.4%的聚合物PCAAM4不仅具有相对较好的表界面活性,且耐盐增稠性能也较为优良,对稠油乳化较快且降黏率为最高达88.3%;最后通过改变NP30AA的用量得到聚合物PCAAX1~PCAAX4,对其性能测试表明,含NP30AA质量分数为1.5%的聚合物PCAAX2的热稳定性和增稠性均较好;PCAAX2具有较为优良的耐盐性和界面活性,可将煤油-水界面张力降低至9.86mN/m,与油润湿性的表面接触角可低至38.53°;PCAAX2对稠油的降黏率高达90.9%,且与稠油乳化后的乳液静置一段时间后稳定性仍较好,因此聚合物PCAAX2可作为三次采油技术中的一种有潜力的聚合物驱油剂。
针对上述常规聚合物在驱油过程中存在的问题,本文将非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚通过酯化反应制备两亲性单体壬基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯(NPnAA),并与丙烯酸(AA)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)以及十二烷基苯乙烯(4-DS)通过胶束聚合的方法合成两亲性共聚物,并对其聚合条件以及聚合物的性能进行了一系列探究和测试,结果如下:
(1)通过酯化反应合成了含不同亚乙氧基(EO)单元数的壬基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯NPnAA(n=6,15,20,30),并利用核磁共振氢谱、液相色谱-质谱和红外光谱对NPnAA进行了结构的确定。
(2)将单体NPnAA同AA和AMPS进行胶束共聚得到三元两亲性共聚物PAMA1~PAMA4,并对聚合反应条件进行了筛选,得到优化后的反应条件如下:三种单体质量比为AA∶AMPS∶NPnAA=80∶18.6∶1.4,聚合引发温度为30℃,过硫酸钾(KPS)占总单体质量的0.2%,四甲基乙二胺(TMEDA)与KPS的物质的量比为5∶1,SDS与NPnAA的物质的量比4∶1。共聚物PAMA1~PAMA4的结构通过红外光谱和核磁共振氢谱得到表征,并通过热重分析(TGA)表明这些共聚物分子主链的分解温度均高于360℃,具有一定的热稳定性。通过对共聚物PAMA1~PAMA4的性能测试可知,PAMA4具有相对较好的界面性能,并对稠油具有较好的乳化降黏性能,降黏率可达78.8%。
(3)为进一步提高两亲性共聚物性能,由NPnAA、AA、AMPS和4-DS共聚形成了四元两亲性共聚物,并对聚合条件进行了优化。首先通过改变NPnAA中EO单元数制得聚合物PCAAN1~PCAAN3,对其性能测试表明,由NP30AA制备的聚合物PCAAN3的表界面性能相对较好,对稠油乳化较快且降黏率为最高达85.4%;接下来通过改变4-DS的用量制得聚合物PCAAM1~PCAAM5,对其性能测试表明,含4-DS质量分数为0.4%的聚合物PCAAM4不仅具有相对较好的表界面活性,且耐盐增稠性能也较为优良,对稠油乳化较快且降黏率为最高达88.3%;最后通过改变NP30AA的用量得到聚合物PCAAX1~PCAAX4,对其性能测试表明,含NP30AA质量分数为1.5%的聚合物PCAAX2的热稳定性和增稠性均较好;PCAAX2具有较为优良的耐盐性和界面活性,可将煤油-水界面张力降低至9.86mN/m,与油润湿性的表面接触角可低至38.53°;PCAAX2对稠油的降黏率高达90.9%,且与稠油乳化后的乳液静置一段时间后稳定性仍较好,因此聚合物PCAAX2可作为三次采油技术中的一种有潜力的聚合物驱油剂。