离子型疏水缔合水溶性聚合物的研究进展

 疏水缔合水溶性聚合物由于其独特的溶液性质,在许多工业领域具有潜在的应用价值。离子型疏水缔合水溶性聚合物由于离子的存在,使此类疏水缔合聚合物不仅具有良好的水溶性和独特的溶液性能,并可实现聚合物性质的多重响应。因此,近年来离子型疏水缔合水溶性聚合物研究受到广泛关注。本文按带电基团与疏水基团的相对位置,将离子型疏水缔合聚合物分为I型（来自于不同单体）和II型（来自于同一单体）,并按离子基团的种类分类综述了阴离子型、阳离子型以及两性疏水缔合水溶性聚合物的研究工作现状。结合研究现状提出对离子型疏水缔水溶性聚合物的一些认识,并展望该方向的发展趋势,并提出甜菜碱型两性疏水缔合聚合物将成为今后此领域的研究热点。     

疏水缔合聚合物的合成及溶液性能研究

采用自由基胶束聚合法，合成了疏水缔合型丙烯酰胺／2-丙烯酰胺基烷基磺酸共聚物。用Brookfield旋转粘度计测定了不同疏水基含量的聚合物的溶液性能，同时考察了疏水缔合聚合物浓度、盐浓度、剪切速率以及温度对聚合物溶液性能的影响。实验结果表明，稀溶液中疏水缔合聚合物分子的缔合以分子内缔合为主；在临界缔合浓度以上，缔合以分子间缔合为主。该聚合物是一种性能优异的疏水增粘剂，模拟盐水条件下的粘度比清水溶液粘度有很大提高，表现出明显的抗盐性质，其临界缔合浓度约为500mg／L。使用时可用油田采出水直接配注，因而在提高采收率的同时，还进一步降低了聚合物的用量，同时还解决了产出污水的重复利用问题。     

疏水缔合聚合物的合成及溶液性能研究

采用自由基胶束聚合法 ,合成了疏水缔合型丙烯酰胺 /2 丙烯酰胺基烷基磺酸共聚物。用Brookfield旋转粘度计测定了不同疏水基含量的聚合物的溶液性能 ,同时考察了疏水缔合聚合物浓度、盐浓度、剪切速率以及温度对聚合物溶液性能的影响。实验结果表明 ,稀溶液中疏水缔合聚合物分子的缔合以分子内缔合为主 ;在临界缔合浓度以上 ,缔合以分子间缔合为主。该聚合物是一种性能优异的疏水增粘剂 ,模拟盐水条件下的粘度比清水溶液粘度有很大提高 ,表现出明显的抗盐性质 ,其临界缔合浓度约为 5 0 0mg/L。使用时可用油田采出水直接配注 ,因而在提高采收率的同时 ,还进一步降低了聚合物的用量 ,同时还解决了产出污水的重复利用问题     

复杂“星形”表面活性聚合物自组装行为的耗散粒子动力学模拟

表面活性聚合物因其改变溶液表面张力的功能,广泛应用于医疗以及化工领域.在溶液中表面活性聚合物自组装形成胶束形态决定溶液的流变性,影响自组装结构形成的因素是其研究的热点.采用耗散粒子动力学模拟方法,考察了多臂“星形”表面活性聚合物的自组装结构,通过改变表面活性聚合物链的亲疏水性,亲水基团和疏水基团的种类以及表面活性聚合物结构探索了各因素对“星形”表面活性聚合物自组装行为的影响.结果表明:“星形”表面活性聚合物能够自组装形成球形、层状、柱状/管状及囊泡胶束,溶剂条件、疏水链长度及亲疏水基团种类对胶束形态作用显著,囊泡变形规律受次级拓扑结构作用明显.     

新型聚合物缓凝剂的合成与性能研究

目前深井、超深井固井中大多存在封固段长、上下温差大、顶部水泥浆易出现超缓凝等问题.针对上述问题,本文引入具有长侧链结构的单体,设计合成了一种疏水缔合水溶性聚合物缓凝剂.采用红外光谱仪对聚合物结构进行表征,通过R/S-CC流变仪、荧光光谱仪以及纳米粒度仪对聚合物的疏水缔合结构进行表征,利用热失重分析仪对聚合物的热稳定性进行测试,利用水泥浆的初终凝时间测试、早期强度发展测试、高温高压稠化测试来表征聚合物在水泥浆体系中的性能.结果表明:该疏水缔合水溶性聚合物在水溶液中存在疏水缔合结构,并且这种结构在钙离子溶液中也存在;该聚合物分子结构稳定,具有良好的耐热性;在水泥浆中能明显地改善水泥体系性能,其在高温条件下具有良好的缓凝性,在低温条件下对水泥石的早期强度的发展影响较小,该聚合物在长封固段固井中具有一定的应用前景.     

疏水缔合聚丙烯酰胺的性能评价

以胜利油田提供的疏水缔合聚丙烯酰胺为主要研究对象,通过黏度法测定了其相对分子质量,利用元素分析、红外光谱等手段对聚合物的结构进行了表征,采用电导法测定了聚合物的溶解速率;同时,分别研究了疏水缔合聚丙烯酰胺和普通均聚聚丙烯酰胺的热稳定性以及浓度、时间、温度、盐度等条件对聚合物黏度的影响．实验结果表明,该疏水缔合聚合物表现了明显的热稳定性以及耐温、耐盐等性能．     

阳离子丙烯酰胺型疏水单体与丙烯酰胺共聚物水溶液黏度的研究

将阳离子水溶性表面活性大单体二甲基十六烷基(2-丙烯酰胺基丙基)溴化铵(DHAB)与丙烯酰胺通过自由基混合胶束聚合和溶液聚合法合成了具有不同疏水单体含量、不同缔合强度的疏水聚合物,在80℃条件下用表观黏度法研究了疏水单体含量(0.05 mol%～0.15 mol%)不同的聚合物溶液的缔合强度和温度对聚合物溶液表观黏度及流动活化能的影响.当疏水单体含量为0.15 mol%时,临界缔合浓度约为0.15wt%;实验结果表明外加盐(NaCl、CaCl2)对该类型的聚合物具有明显的盐增黏效应.     

“花形”遥爪聚合物自组装结构的粗粒化模拟

采用耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics,DPD)模拟方法,以遥爪聚合物为基本单元,在稀溶液模型中引入交联反应,经活性端基间的交联反应生成"花形"拓扑结构聚合物,考察"花形"遥爪聚合物的自组装结构.通过改变遥爪聚合物链段间的亲疏水性及体系浓度来探索各因素对花形遥爪聚合物自组装行为的影响.结果表明:花形遥爪聚合物能够自组装形成囊泡状、镶嵌球状、柱状等胶束结构,次级拓扑结构(表示花型拓扑结构中"花瓣数量")及溶液体积浓度对胶束形态作用显著.     

两性杂双子表面活性剂在水溶液中的自组装行为:耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)方法对CmH2m+1-PO4--(CH2)2-N+(CH3)2-Cn H2n+1 (简记为Cm-P-N-Cn,其中m, n=9, 9; 9, 12; 9, 15; 9, 18; 12,12; 12, 15; 12, 18; 15, 15; 15, 18; 18, 18)型系列两性杂双子表面活性剂在水溶液中的自组装行为开展了模拟研究,观察到了球状、柱状、平面网格、层状、蜂窝状,以及一维孔道、二维孔道和三维孔道等多种自组装结构的形成.所有模拟体系均随表面活性剂浓度的逐步升高而呈现出"球状—柱状—平面网格—三维孔道—层状—二维孔道—一维孔道"的结构转化规律.当m=n时,疏水链长度对于自组装行为有显著影响.此外, Cm-P-N-Cn分子内部各功能基团与水分子间的相互作用强弱和亲近程度可通过径向分布函数来完全体现.研究结果可为两性杂双子表面活性剂自组装行为的进一步研究及其实际应用提供新的见解.     

疏水缔合聚合物的流度控制能力研究

通过研究具有缔合能力的疏水缔合聚合物和无缔合能力的线性高分子流度控制能力,认识到：在高渗透多孔介质中,高钙、镁矿化度水质条件下,低分子量高缔合力的疏水缔合聚合物溶液的流度控制能力比高分子量无缔合能力的聚合物强;在经过机械剪切和多孔介质剪切后,低分子量高缔合力的疏水缔合聚合物建立的阻力系数与线性高分子相当,但低分子量高缔合力的疏水缔合聚合物建立的残余阻力系数较高,能够较好地实现提高高渗透油藏水驱波及体积的目的。低分子量高缔合力的聚合物溶液在高钙、镁矿化度水质条件下,较强缔合作用形成的溶液结构适合渤海油田大排量、高渗透多孔介质条件下的流度控制。为海上油田聚合物驱的发展提供理论技术支持。     

驱油泡沫稳定剂的性能研究

在硫酸盐起泡液中添加4种不同类型的增粘性稳泡剂后,用Waring Blender法评价了起泡液的起泡情况以及不同稳泡剂的稳泡效果。利用布氏粘度计对4种稳泡剂溶液粘度的测定,从而了解了不同稳泡剂溶液随温度的升高和盐度的增大其粘度降解的情况。在此基础上,优选出了疏水缔合聚合物及其最佳加量。实验结果表明:添加了疏水缔合聚合物稳泡剂的起泡液具有在较高温度和矿化度下起泡能力较强且所起泡沫半衰期较长的优点,在油田EOR过程中注泡沫体系中具有良好的应用前景。     

一种疏水缔合水溶性聚合物的合成及性能评价

摘要:采用氧化还原体系合成了AM/AMPS/ C16DMAAC共聚物。考察了不同条件对共聚物特性粘数和转化率的影响,得到最佳的反应条件范围,并研究了浓度、温度、盐及剪切速率对聚合物表观粘度的影响。     

新型双尾疏水缔合三元共聚物的合成及流变性能评价

通过丙烯酰胺(AM)与N-苄基-N-十二烷基丙烯酰胺(BDAM)反应,采用自由基胶束共聚后加减水解法合成了双尾疏水缔合三元共聚物(AM-NaA-BDAM).用FTIR红外光谱表征了聚合物的结构,并研究了共聚物溶液的流变性能及影响因素.实验结果表明:随着共聚物浓度的增加,在临界缔合浓度以上,表观黏度迅速增加,表现出明显的...     

醇和胺对疏水缔合水溶性聚合物溶液粘度影响

研究了醇类,包括丁醇、十二醇、十四醇和胺类包括正己胺、正丁胺对缔合聚合物溶液粘度的影响。发现醇使缔合聚合物溶液的粘度增加,并且随醇的碳链增长,增粘效应越明显;而胺明显降低缔合聚合物溶液的粘度。     

疏水缔合聚丙烯酰胺的自组装行为

使用荧光光谱和动态光散射方法研究了疏水缔合聚丙烯酰胺(HAPAM)和聚丙烯酰胺(PAM)在水溶液中的结构和自组装行为。实验表明:HAPAM通过疏水作用,极易缔合形成聚集体,具有很低浓度的临界缔合浓度。动态光散射实验跟踪了HAPAM聚集体从小到大的生长过程,从溶液的微观结构上找到了HAPAM与PAM性能差异的根本原因。     

缔合聚合物溶液的粘弹性实验研究

在模拟大庆主力油藏条件下,研究了浓度和矿化度变化过程中缔合聚合物溶液的动态粘弹性,结果表明：浓度和矿化度对其溶液粘弹性的影响与对HPAM溶液的影响相同;HPAM溶液的粘弹性是由分子链间的缠结作用引起的,而缔合聚合物溶液的粘弹性主要是由分子链间的缔合作用引起的,因此缔合聚合物溶液在比较低的浓度下就表现出了明显的弹性;在低而宽的频率范围内,缔合聚合物溶液的弹性明显大于HPAM溶液的弹性,说明缔合聚合物溶液在多孔介质中流动时,在比较小的剪切速率下就表现出弹性。这就意味着不需要很高的注入速度,就可以达到利用缔合聚合物溶液的弹性来提高驱油效率的目的。     

缔合聚合物溶液岩芯剪切流变行为研究

针对疏水型缔合聚合物和普通线性高分子聚合物两种不同分子结构的聚合物,开展了岩芯剪切对聚合物溶液流变行为的影响研究。测试了剪切前两种聚合物溶液的流变曲线,分析了流变特性。用人造岩芯进行了岩芯剪切实验,测试了剪切后的聚合物溶液各自的流变曲线并进行了对比分析。将剪切后的聚合物溶液进行了阻力系数和残余阻力系数测试,以 模拟经地层剪切后聚合物溶液在油层深部的变化状况。研究结果对聚合物驱具有重要参考价值和指导意义。     

分子间高缔合比例疏水缔合聚合物研究(Ⅲ)

对ANPE-HAWP的增粘、耐温、抗盐和抗剪切性能进行了研究和评价,实验结果表明：ANPE-HAWP溶液具有临界缔合浓度（CAC );其耐温抗盐特性明显不同于P（AMPS-AM）参比样品;ANPE-HAWP的溶液结构具有快速可逆恢复的特点,剪切作用对ANPE-HAWP溶液结构所造成的破坏与自发进行的疏水缔合结构恢复的趋势可以达到动态平衡。拟合直线交点法对不同类型疏水缔合聚合物临界缔合浓度的测试结果说明ANPE-HAWP中的疏水基团能够更有效地参与分子间缔合结构的形成,从而在较低的浓度下形成了空间网络结构,从而初步验证了设计分子间高缔合比例HAWP是合理的和可行的。     

新型疏水缔合聚合物在二类油层中的适应性

研究新型疏水缔合聚合物在二类油层中的流变性能及驱替效率。考查其与二类油层的适应性。通过分子结构设计和优化反应参数,合成了一种新型疏水缔合聚合物(命名为A),其分子量在(600~800)万之间,目标层是二类油层。A具有特殊的流变性能,主要表现在低浓度时(小于1 500 mg/L),在油田地层水矿化度及油藏剪切速率下(小于10 S-1),具有增黏性和较优的耐盐性。A在流动实验中阻力系数为157.09,残余阻力系数为83.16,展现出良好的注入性能和流度控制能力;A在天然岩芯驱油实验中的驱替效率可达7%以上,高于传统聚合物的驱油效率。总体而言,聚合物A与二类油层有着较好的匹配性,可用于二类油层聚驱深度挖潜。