第39卷 第6期 陕西科技大学学报 V o l.39N o.6 2021年12月 J o u r n a l o f S h a a n x iU n i v e r s i t y o f S c i e n c e&T e c h n o l o g y D e c.2021
* 文章编号:2096-398X(2021)06-0097-06
粘弹自调控水调驱剂的制备及其性能
易 萍1,2，张 荣1,2，马 波1,2，程 辰1,2，师 涛3,
赖小娟4，米 楚4
(1.中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院，陕西西安 710018;2.低渗透油气田勘探开发国家工程实
验室，陕西西安 710018;3.中国石油长庆油田分公司第八采油厂，陕西西安 710018;4.陕西科技大学
化学与化工学院，陕西西安 710021)
摘 要：水解聚丙烯酰胺具有盐敏性，且在储层孔隙中经过强剪切后其聚合物分子链会发生变
形和断裂，导致聚合物溶液粘度迅速下降，降低调驱聚合物的波及系数.通过后水解法制备了 具有不同疏水碳链长度的粘弹性聚合物(C12-H P AM㊁C16-H P AM㊁C18-H P AM)，利用红外光 谱(F T-I R)㊁扫描电镜(S E M)㊁热重(T G)㊁流变㊁岩心驱替装置对产物进行结构表征及性能测
试，通过与常规聚丙烯酰胺(P AM)对比，确定了不同疏水碳链对后水解聚合物的性能影响.结
果表明，引入不同疏水碳链和抗盐单体后，聚合物H P AM的热稳定性及抗盐性均有所提高,
超微电极
通过粘弹性测试发现，在高剪切作用下粘弹性聚合物的物理缔合被破坏，粘度下降，剪切作用 撤除，缔合作用可恢复，结构粘度重新建立,H P AM具有粘弹自恢复性，有利于形成调驱作用,
实现聚合物粘弹性自调控的设计.通过驱油效率测试，在0.15%的加量下,C18-H P AM调驱
剂的驱油效率可达到89.1%，可广泛应用于低渗㊁特低渗油藏.
关键词：疏水碳链；聚合物；后水解；自调控；调驱剂
中图分类号:T E3 文献标志码:A
P r e p a r a t i o na n d p r o p e r t i e s o f v i s c o e l a s t i c s e l f-r e g u l a t i n g
特别响 非常近w a t e r p r o f i l e c o n t r o l a n d f l o o d i n g a g e n t
Y IP i n g1,2,Z H A N G R o n g1,2,MAB o1,2,C H E N GC h e n1,2,
S H IT a o3,L A IX i a o-j u a n4,M IC h u4
(1.R e s e a r c h I n s t i t u t eo fO i l&G a sT e c h n o l o g y,C h a n g q i n g O i l f i e l dB r a n c hC o m p a n y o fP e t r o C h i n a,X i'a n
710018,C h i n a;2.N a t i o n a lE n g i n e e r i n g L a b o r a t o r y f o rE x p l o r a t i o na n dD e v e l o p m e n to fL o w-P e r m e a b l eO i l
a n dG a sF i e l d s,X i'a n710018,C h i n a;3.T h eE i g h t hO i l P r o d u c t i o nP l a n t,C h a n g q i n g O i l f i e l dB r a n c hC o m p a-
n y o fP e t r o C h i n a,X i'a n710018,C h i n a;4.C o l l e g e o f C h e m i s t r y a n dC h e m i c a l E n g i n e e r i n g,S h a a n x iU n i v e r s i-t y o f S c i e n c e&T e c h n o l o g y,X i'a n710021,C h i n a)
A b s t r a c t:H y d r o l y z e d p o l y a c r y l a m i d e i ss a l ts e n s i t i v e,a n di t s p o l y m e r m o l e c u l a rc h a i n w i l l
d e f o r ma n d f r a c t u r ea f t e r s t r o n g s h e a r i nr e s e r v o i r p o r e s,r e s u l t i n g i nt h er a p i dd e c r e a s eo f
p o l y m e r s o l u t i o nv i s c o s i t y a n d t h e s w e e p c o e f f i c i e n t o f p r o f i l e c o n t r o l a n d f l o o d i n gp o l y m e r.
*收稿日期:2021-07-27
基金项目：陕西省科技厅重点研发计划项目(2021G Y-142)；陕西省科技厅国际科技合作计划项目(2020KW-025)；陕西省西安市科技计划项目(2020K J R C0004)；陕西省教育厅科研计划项目(21J C005)
作者简介：易 萍(1985-)，男，重庆人，工程师，研究方向：提高采收率技术
陕西科技大学学报第39卷T h ev i s c o e l a s t i c p o l y m e r s w i t h d i f f e r e n t h y d r o p h o b i cc a r b o n c h a i n s(C12-H P AM,C16-
H P AM,C18-H P AM)w e r e p r e p a r e d b y p o s t h y d r o l y s i sm e t h o d.T h e s t r u c t u r e a n d p r o p e r t i e s o f t h e p r o d u c t sw e r e c h a r a c t e r i z e db y F T-I R,S E M,T G,r h e o l o g y a n dc o r ed i s p l a c e m e n td e-v i c e s.T h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t h y d r o p h o b
i c c a r b o n c h a i n s o n t h e p r o p e r t i e s o f p o s t h y d r o l y z e d
p o l y m e r sw e r e d e t e r m i n e d.T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e t h e r m a l s t a b i l i t y a n d s a l t r e s i s t a n c e o f H P AMa r e i m p r o v e db y i n t r o d u c i n g d i f f e r e n th y d r o p h o b i cc a r b o nc h a i n sa n ds a l t r e s i s t a n t m o n o m e r s.T h r o u g hv i s c o e l a s t i c t e s t,i t i s f o u n d t h a t t h e p h y s i c a l a s s o c i a t i o n o fH P AMi s d e-s t r o y e d,t h ev i s c o s i t y i sd e c r e a s e d,t h es h e a ra c t i o n i s r e m o v e d,t h ea s s o c i a t i o na c t i o n i s r e-s t o r e d,a n dt h es t r u c t u r a l v i s c o s i t y i s r e e s t a b l i s h e du n d e rh i g hs h e a r,w h i c hh a sv i s c o e l a s t i c s e l f r e c o v e r y a n d i s c o n d u c i v e t o t h e f o r m a t i o no f p r o f i l e c o n t r o l a n d f l o o d i n g,T h ed e s i g no f s e l f-r e g u l a t i o no f p o l y m e rv i s c o e l a s t i c i t y i sr e a l i z e d.T h r o u g ht h ed i s p l a c e m e n te f f i c i e n c y
铸铁工艺t e s t,t h e d i s p l a c e m e n t e f f i c i e n c y o fC18-H P AMc a n r e a c h89.1%a t t h ed o s a g eo f0.15%.I t c a nb ew i d e l y u s e d i n l o w p e r m e a b i l i t y a n du l t r a-l o w p e r m e a b i l i t y r e s e r v o i r s.
K e y w o r d s:h y d r o p h o b i c c a r b o nc h a i n;p o l y m e r;p o s th y d r o l y s i s;s e l f r e c o v e r y;p r o f i l e c o n-t r o l a n d f l o o d i n g a g e n t
0 引言
低渗㊁特低渗油藏是目前国内水驱开发的重点[1,2].长期水驱的影响，低渗㊁特低渗油藏储层非
均质性增强，孔渗性变差，形成高渗透通道，大规模的人工压裂裂缝形成水驱短路，导致注入水沿大裂缝进行窜流，影响了油田的产能[3-6].
聚丙烯酰胺调驱剂在油田增产方面被广泛应用[7-10]，为了达到更好的增粘效果，开发高分子量的聚合物调驱剂成为众多研究者的追逐方向[11,12]，由于均聚的P AM[13,14]在水解后中含有大量的羧基对储层的矿化度水中的C a2+㊁M g2+具有很强的敏感性，使得聚合物溶液的粘度会迅速下降，再加之聚合物溶液在储层孔隙中经过强剪切后其聚合物分子链会发生变形和断裂，导致聚合物溶液粘度迅速下降，聚合物溶液会沿着储层的大孔道流动，降低了调驱聚合物的波及系数[15-17]，目前调驱剂在矿化水中的粘度保持率一般在20%~ 60%，且在矿化度高于30000m g/L的矿化水中需添加交联剂来增加其耐盐性[18,19]，因此需要研发出一种自身耐盐性优异和耐剪切良好的高分子量的后水解粘弹性的调驱聚合物，以满足现场施工要求.本文通过分子结构设计，制备一种新型疏水改性聚合物，无需外加交联剂，得到粘弹性自调控水调驱剂，主要开展了聚合物的耐盐性能㊁粘弹性能和驱油效率评价，指导油藏高效开发.
1 实验部分1.1 试剂和仪器
1.1.1 主要试剂
丙烯酰胺(AM)㊁2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AM P S)，均为工业品；十二烷基二甲基烯丙基氯化铵㊁十六烷基二甲基烯丙基氯化铵㊁十八烷基二甲基烯丙基氯化铵，实验室自制；过硫酸铵㊁亚硫酸氢钠㊁氢氧化钠，分析纯，天津市天力化学试剂有限公司生产；氮气，工业品，咸阳新泰仪器化玻经销部；实验用水为自制纯水.
1.1.2 主要仪器
V E C T O R-22型傅里叶转换红外光谱仪，德国B r u k e r公司生产;S4800型场发射扫描电镜，日本理学;Z N N-D6I I型电动六速粘度，青岛宏煜琳石油仪器有限公司;T G A Q500型热重分析仪, A R2000e x型动态流变仪，美国T A公司;Y X Q T-40型岩心驱替相渗实验装置，海安石油科研仪器有限公司.
1.2 后水解H P AM的制备
(1)称量一定质量的AM㊁AM P S㊁疏水单体，单体质量分数为20%~35%，加入去离子水进行溶解，降温至0℃以下.
(2)将冷却好的溶液加入到保温瓶瓶胆中通氮气30~40m i n，然后加入0.04%~0.08%引发剂过硫酸铵㊁亚硫酸氢钠进行引发，引发温度控制在0℃以下，当溶液起粘后停止通氮气，密封反应.
(3)反应结束后，从保温瓶中取出胶块，剪碎，按20%~30%水解度加入一定量的氢氧化钠，搅拌均匀，装入烧杯，放置于水浴锅50℃~90℃中
㊃89㊃
第6期易 萍等：粘弹自调控水调驱剂的制备及其性能
进行水解.
(4)水解完成后将胶粒烘干，粉碎过筛，得到后水解H P AM.
后水解H P AM的反应过程如图1所示.
图1 后水解H P AM的合成过程
2 结果与讨论
2.1 F T-I R测试
利用傅里叶红外光谱仪对H P AM进行分析测试，常规H P AM㊁C12-H P AM㊁C16-H P AM㊁C18-H P AM的红外光谱图如图2所示.由图2可知,3471c m-1处为酰胺基中N-H键的伸缩振动吸收峰.2910c m-1
处为-C H3和-C H2中-C-H键的伸缩振动吸收峰.1672c m-1处是C=O的伸缩振动吸收峰,1460c m-1处出现季铵基团C-N+的特征吸收峰,1642c m-1附近C=C的伸缩振动吸收峰消失，产物红外光谱结构接近，证明单体成功聚合到主分子链上.
图2 H P AM的红外光谱图
2.2 扫描电镜测试
图3分别是常规H P AM㊁C12-H P AM㊁C16-H P AM㊁C18-H P AM放大5000倍的扫描电镜照片.由图3可以看出，常规H P AM结构中无缔合作用.引入疏水长碳链后，随着疏水碳链长度的增加，分子链缠绕程度增加，疏水缔合作用增强.C18-H P AM出现明显分子链之间的缔合作用，空间网络结构致密程度增加.
(a)常规-P AM(b)C12H P AM(c)C16H P AM(d)C18H P AM
图3 H P AM扫描电镜图
2.3 粘弹自调控性测试
2.3.1 粘弹性测试
对常规P AM和C18-H P AM进行动态流变性能测试，图4㊁图5分别为扫描频率对常规P AM和C18-H P AM模量的影响图.由图4㊁图5可以看出，疏水碳链单体的引入引起聚合物溶液的粘弹性发生改变，由于C18-H P AM中疏水缔合作用的存在，分子链之间作用方式从分子缠绕增黏向缔合增黏转变,C18-H P AM的G'大于G″'，表明改性后聚合物的弹性增加，表现出常规聚丙烯酰胺所不具备的特点.
图4 扫描频率对常规P AM模量的影响2.3.2 粘弹自恢复测试
C18-H P AM的粘弹自恢复测试结果如图6所示.由图6可以发现，固定温度30℃，在170s-1剪切作用下剪切1500s，聚合物C18-H P AM的粘度基本无变化，当剪切速率分别提高至510s-1㊁
㊃99㊃
陕西科技大学学报
第39卷
1020s
-1
时，粘度降低，这是因为高剪切作用时聚合物物理缔合破坏，粘度下降，有利于现场有效注
入，但是当剪切外力撤除后，物理缔合作用可恢复，结构粘度重新建立，具有粘弹自恢复性，聚合物流体弹性的增加，有利于形成调驱作用，实现聚合物粘弹性自调控的设计.
图5 扫描频率对C 18-H P AM
模量的影响
图6 C 18-H P AM 的粘弹自恢复测试
2.4 热稳定性测试
图7是H P AM 的热失重曲线.
由图7可以看出，升温前期，失重主要是样品中的自由水及溶剂挥发导致，失重较慢.300℃以后失重速率增加，大分子链断裂.引入疏水碳链单体后，聚合物失重速率在320℃~400℃最快，相较于常规P AM 耐温性增加.随着疏水碳链长度增加，主分子链缔合作用增强，呈现出 交联”结构特点，分子链结构越稳定，耐温性更好.
2.5 耐盐性测试2.5.1 不同矿化度下粘度的变化
用不同矿化度的矿化水配制聚合物溶液，样品浓度为0.15%，聚合物溶液粘度与矿化度之间的关系如表1所示
.
图7 H P AM 的热失重图
表1 聚合物溶液粘度与矿化度关系表
样品粘度/(m P a
㊃s )蒸馏水矿化度/(m g
/L )1万
2万3万4万
5万
常规-P AM
183.12.92.11.81.6C 12-P AM 217.65.95.45.04.6C 16-P AM 277.87.36.76.15.4C 18-P AM
39
8.1
7.7
7.1
6.5
6.1
ocd2.5.2 功能单体浓度对聚合物溶液粘度的影响
不同功能单体浓度的C 18-H P AM 在清水和矿化水中粘度变化曲线如图8所示.从图8可以发现，当功能单体浓度在1.5×10-2m o l /L 时，聚合物在清水和盐水中的粘度分别为39m P a ㊃s 和
呼吸机维修6.1m P a ㊃s .
随着疏水单体加量的不断增大，聚合物溶液的表观粘度呈现先升后降的趋势.这是因为随着疏水单体含量的增加，聚合物发生分子间缔合的几率增大，因此其表观粘度增加.可是，当疏水单体含量继续增大时，聚合物的水溶性会不断变差甚至不溶解，导致使其表观粘度下降.
图8 功能单体浓度对C 18-H P AM 溶液南通市第三中学
粘度的影响
2.6 驱油效率评价
利用岩心驱替相渗实验装置，采用10000
㊃
001㊃
第6期易 萍等：粘弹自调控水调驱剂的制备及其性能
m g/L和50000m g/L矿化水，模拟地层温度60℃对常规P AM与后水解H P AM在不同矿化度盐水中的驱油效率进行评价测试.在岩心渗透率为19m D，聚合物添加量为0.15%的条件下，聚合物的驱油效率随P V数的变化分别如图9㊁图10所示.
图9 10000m g/L矿化水中聚合物驱油
效率随P V 数的变化
图10 50000m g/L矿化水中聚合物驱油
效率随P V数的变化
由图9㊁图10可知，在聚合物添加量为0.15%时，同一矿化度条件下,C18-H P AM调驱剂的驱油效率均
高于常规H P AM驱油效率，这是由于在相同浓度条件下,C18-H P AM比常规H P AM溶液具有更大的网络结构和弹性，在岩心孔隙能携带出更多的残余油所致，也说明提高调驱剂聚合物的弹性是提高聚合物驱替效果的重要因素.
随着矿化度的升高，常规P AM和C18-H P AM调驱剂的驱油效率均有所降低，对于常规P AM，在10000m g/L矿化水中其驱油效率为80.1%，在50000m g/L矿化水中驱油效率为49.7%，降低了30.4%；而C18-H P AM在10000 m g/L矿化水中驱油效率为89.1%,50000m g/L 矿化水中驱油效率为83.7%，驱油效率仅降低了5.4%，说明相同测试条件下,C18-H P AM调驱剂具有更优异的耐盐性.
3 结论
(1)通过引入不同疏水碳链单体采用后水解法成功制备了粘弹性H P AM，和常规P AM相比，粘弹性H P AM的热稳定性及抗盐性均有所提高，在50000m g/L盐水中，粘弹性自调控聚合物C18-
H P AM的粘度保持率可达75%.
(2)疏水碳链单体的引入引起溶液粘弹性发生改变，由于疏水缔合作用的存在，分子链之间作用方式从分子缠绕增黏向缔合增黏转变，在高剪切作用下，缔合作用破坏，粘度下降，剪切撤除，缔合作用恢复，结构粘度重新建立，具有粘弹自恢复性，有利于形成调驱作用.
(3)通过驱油效率测试发现，在相同加量，同一矿化度条件下,C18-H P AM调驱剂的驱油效率始终高于常规H P AM驱油效率，而且，随着矿化度从10000m g/L升高到50000m g/L,C18-H P AM 调驱剂的驱油效率仅降低了5.4%，而相同测试条件下，常规P AM的驱油效率降低了30.4%,C18-H P AM具有优异的耐盐性能.
参考文献
[1]何美玲，黄 敏，张梦蛟，等.疏水缔合聚丙烯酰胺水凝胶
的研制及自愈机理[J].高分子材料科学与工程,2020,36
(5):127-135.
[2]卢祥国，曹 豹，谢 坤，等.非均质油藏聚合物驱提高采
收率机理再认识[J].石油勘探与开发,2021,48(1):148-
155.
[3]王 欢，刘存辉，崔丹丹，等.超低水解度抗盐聚丙烯酰胺
的研究与应用[J].当代化工,2021,50(2):302-307.
[4]苟绍华，夏 鸿，周利华，等.水溶性A A/AM/A H P S E/
D N D A四元共聚物驱油剂的合成及性能研究[J].化工新
型材料,2015,43(10):150-153.
[5]薛俊杰，朱卓岩，欧阳坚，等.耐盐耐高温三元聚合物压裂
液稠化剂的制备与性能评价[J].油田化学,2018,35(1):
41-46,59.
[6]O p e r aS.E f f e c t so f g u a r g u m c o n t e n to ns t r u c t u r ea n d
p r o p e r t i e s o f m u l t i-c r o s s l i n k e d p o l y u r e t h a n e c o m p o s i t e
f i l m s[J].C o m p o s i t e sP a r tB:E n
g i n e e r i n g,2013,44(1):
76-83.
[7]纪 成，梅海燕，李 影，等.裂缝性油藏耐温耐盐调驱剂
的制备及性能评价[J].油气地质与采收率,2015,22(6):
91-95.
[8]R a v i n d r aP,N u rH M,S a r v e n t h a nS,e t a l.P o l y m e r f l o o d-
i n g a n di t sc o m b i n a t i o n s w i t h o t h e rc h e m i c a li n j e c t i o n
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