压裂液毕业论文

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可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种类型。聚丙烯酰胺(PA M)不溶于大多数有机溶剂,如甲醇、乙醇、丙酮、 乙醚、脂肪烃和芳香烃,有少数极性有机溶剂除外,如乙酸、丙烯酸、氯乙酸、乙二醇、甘 油、熔融尿素和甲酰胺。但这些有机溶剂的溶解性有限,往往需要加热,否则无多大应用价值。

在适宜的低浓度下,聚丙烯酰胺溶液可视为网状结构,链间机械的缠结和氢键共同形成网状节点;浓度较高时,由于溶液含有许多链一链接触点,使得PAM溶液呈凝胶状。PAM水溶液与许多能和水互溶的有机物有很好的相容性,对电解质有很好的相容性,对氯化胺、硫酸钙、硫酸铜、氢氧化钾、碳酸钠、硼酸钠、硝酸钠、磷酸钠、硫酸钠、氯化锌、硼酸及磷酸等物质不敏感。

聚丙烯酰胺目数:目数是指物料的粒度或粗细度,目数是单位面积上的方格数.一般定义是指在1英寸乘以1英寸的面积内有多少个网孔数,即筛网的网孔数。如600目是每平方英寸有600个方网孔,聚丙烯酰胺的目数20目~80目,即0.85mm~0.2mm之间,这是颗粒状的聚丙烯酰胺的目数大小,粉状聚丙烯酰胺的目数大小可控制在100目左右,目数越大的聚丙烯酰胺越容易溶解,单凭聚丙烯酰胺目数的大小是无法衡量产品的好坏的。

随着我国聚丙烯酰胺(PAM)行业运行需求市场的不断扩大以及出口增长,我国聚丙烯酰胺(PAM)行业运行迎来一个新的发展机遇。

1.3 丙烯酰胺溶液性质的影响因素

聚丙烯酰胺的结构因素(分子量、疏水集团含量、排布等)、溶液宏观性质因素(浓度、溶液组成)、剪切速率、温度等均会对聚合物性质产生影响。下面对这些影响进行简要的讨论分析。 1.3.1聚合物分子量的影响

一般情况下,溶液粘度会随着聚合物分子量的增大而增大。Kevelam通过研究发现,在亚浓溶液区,聚合物溶液的表观粘度与相对分子质量满足关系式:

且错误!未找到引用源。、错误!未找到引用源。大于1,此时表明聚

合物的相对分子质量对聚合物的表观粘度有较大的贡献。

由于分子间缔合必须在一定的聚合物浓度以上才能发生,因此聚合物浓度低于临界缔合浓度时,分子间缔合不可能影响溶液流变性,此时溶液粘度主要受聚合物分子量影响,分子量大则溶液粘度也大[4]。但是聚合物分子质量越大,疏水基团的含量就会减少,同时分子量的增大会降低聚合物在溶液中的溶解度,因此分子量过大会限制聚合物的应用。 1.3.2疏水基团的影响

疏水基团对溶液性质的影响因素有疏水基种类、长短、含量及其序列分布。强疏水基团的引入有利于疏水缔合作用的产生[5]。芳环类疏水基一般比烷控类疏水基疏水缔合作用更强,这是因为苯环具有平面和可极化的结构,能诱导产生范德华分子间作用力;氣碳链比同长度的碳氨链更易于缔合。

疏水基的长度对其疏水性影响较大,疏水基链段越长,则C*越小,粘度上升的较快[6],因此,要发生疏水缔合作用,疏水晓基链必须具有一定的长度。但疏水链达到一定长度后,即使链长度进一步増加,其分子间缔合效应也不会显著増加,反而会导致共聚物的溶解性变差,这可能是因为疏水链段过长时,增加了分子内缔合的趋势。

随着疏水基含量的増加,共聚物粘度随浓度的变化很明显,浓度高于C*时更加显著[7]疏水基摩尔分数小于10%时,聚合物以分子间缔合为主;疏水基摩尔分数为10%~50%时,分子间和分子内缔合同时存在,但聚合物链束缔合较为疏松;疏水基摩尔分数大于50%时,只存在分子内缔合,此时聚合物分子形成单一的分子胶束,如同一密实球状物。 1.3.3聚合物浓度的影响

聚合物浓度对于疏水缔合聚合物在水溶液中形成有效的三维网络作用非常重要,因而决定了在不同聚合物浓度下,疏水缔合聚合物的溶液性能不同。当聚合物溶液浓度低于临界聚集浓度C*时,大分子主要存在形式为分子内缔合,大分子链卷曲,聚合物的流体力学体积减小,溶液粘度较低,粘度随浓度増大而增加的幅度也比较小[8]。临界缔合浓度C*为转折点,聚合物浓度高于C*以后,大分子链之间主要通过疏水缔合作用聚集,并形成以分子间缔合为主的超分子结构的动态物理交联网络,增大了流体力学体积,表现为粘度的突增,即具有较好的増粘性[9]。

1.3.4剪切速率的影响

剪切速率不同,可对聚合物溶液产生剪切变稀和剪切增稠两种不同效果[63]剪切速率较低时,会破坏聚合物分子内缔合,分子链伸展,分子间缔合也随之增多,粘度增大;但剪切速率増大到一定程度时,分子间缔合也被破坏,导致粘度下降。

溶液在低剪切速率下,其粘度不依赖于剪切速率,属于牛顿型流体。在高剪切速率时,PAM分子链结构受剪切应力的作用,发生解取向且物理交联结构遭到破坏而发生解缔合,为此粘度降低,表现出显著的假塑性。

疏水缔合聚合物还有一个有趣的现象是剪切作用去除后溶液粘度不仅得不到恢复,而且有所增加[10]。即剪切的可逆性。原因可能有以下两方面:首先低剪切速率下分子间缔合形成动态三维网络结构可重新形成;再者剪切打开了分子内缔合链,进行了分子间缔合,使疏水微区的有序化程度增大,从而提高了溶液粘度。

1.3.5 温度的影响

温度可同时对分子结构中的疏水基团和亲水基团产生影响[11]。由于某些疏水基之间的相互作用是吸热反应,温度升高有利于疏水基团之间的相互作用,会増强缔合作用,同时升温作用还会加剧离子基团的热运动,加强静电作用,使得分子链伸展,这些均有利于溶液粘度的上升,可以称之为"正效应";但升温会加剧了疏水基团的热运动,并且可改变疏水基周围的水层结构,疏水基团周围水分子热运动也会増加,从而削弱疏水缔合作用,同时减弱亲水基团的水化作用,引起分子链收缩,这些都导致粘度的下降,称之为"负效应"。正负效应的共同结果决定温度对溶液性能的影响[12]。 1.3.6电解质的影响

无机盐类电解质对聚合物溶液粘度的作用机理包括以下几个方面:一是去溶剂化作用,增加溶剂的极性;二是对离子型聚合物发生的压缩双电层作用,外加无机盐的加入会破坏聚合物分子内部正负电荷之间的相互作用,使得分子链结构变得更为舒展。电解质会产生分子内缔合,使粘度降低;而在聚合物浓度稍高时加入小分子电解质,大量自由水会转变为盐离子的水化水,増强了溶液极性,聚合物分子表面的水化层被破坏,増强了分子间缔合,粘度升高。无机盐对共聚物的聚集行为有双重作用。一方面是低盐浓度下的分子聚集体的解缔合作用,产生分子链的扩张。另一方面是高盐浓度下,溶液极性增强,分子间的疏水缔合作用增强,形成尺寸较大的分子聚集体。 1.3.7极性的影响

聚丙烯酰胺分子链中阳离子基团相对于阴离子基团数目较多,净电荷较多,极性较大,而H20是极性分子,根据相似相溶原理,聚合物水溶性较好,特性黏度较大;随着矿物质含量的增加,正的静电荷部分被阴离子包围形成离子氛,从而与周围正的静电荷结合,聚合物溶液极性减小,黏度减小;矿物质浓度继续增加,正、负离子基团形成分子内或分子间氢键的缔合作用(导致聚合物在水中的溶解性下降),同时加入的盐离子通过屏蔽正、负电荷,拆散正、负离子间缔合

而使已形成的盐键受到破坏(导致聚合物在水中的溶解性增大),这两种作用相互竞争,使得聚合物溶液在较高的盐浓度(>0.06 mol/L)下粘度保持较小。

1.4聚丙烯酰胺的发展现状

聚丙烯酰胺不仅具有良好的絮凝效果并且具有优良的选择性和适应性,当今世界迅速发展的高科技精细化工产品之一,目前世界有五大系列2000多品种,世界年总需求量为65万吨,并且以每年10%的需求速度增长。世界上聚丙烯酰胺的年总生产能力仅为45万吨,美国、欧洲、口本是聚丙烯酰胺主要的生产国和消费国。我国聚丙烯酰胺产品的开发起步较晚,1962年上海天原化工厂建成第一套聚丙烯酰胺生产装置,生产水溶胶产品。在我国聚丙烯酰胺的大规模工业化生产和广泛应用始于80年代末和90年代中期,特别是近年来PAM在我国迅猛发展,目前生产厂家有70多家,年总生产能力约为14万吨。

目前国外大油田采用的聚合物特性检测方法均参照了国外大型聚合物生产企业的企业标准(如美国Fishe公司、法国SNF公司、英国胶体联合公司等),由于其聚合物用量有限,聚合物特性检测方法和应用范围研究均以能满足本地区需要为基准。

我国大庆油田上应用的聚合物产品特性评价方法在大庆油田企业标准中有详细的规定和说明。主要针对十一项理化性能参数(特性粘数、分子量、水解度、粒度、粘度、筛网系数、过滤因子、水不溶物、固含量、残余单体、溶解速度)。上述指标的检测方法在制订时参照了中华人民共和国国家标准、中华人民共和国石油行业标准以及美国Fishe:公司、法国SNF公司、英国胶体联合公司,日本三井氰胺公司和三菱化成公司等国外大公司的企业标准,以大庆聚合物驱油十几年室内研究成果和矿场试验结果为基础,并与油田实际情况相结合。从1996年应用至今,已经累计对几十万吨的聚合物产品成功进行了检测。目前已得到国际和国内承认,被称之为“大庆评价方法”。

随着近几年检测工作的开展,我们在广泛开展室内研究并与现场紧密结合的基础上对部分检验方法根据实际需要进行了补充和完善。

除此之外,我国正在建立耐盐性、抗剪切性、稳定性、流动性、模拟驱油实验效果、流变性及粘弹性、微观结构特性等驱油特性评价手段。

结合不同注聚区块的油藏特征和地质条件,我国已经开始优选相匹配的聚合物品种并在推广应用中取得了较好的驱油效果。

在20世纪80年代末和90年代初,在AM及PAM研究上出现了一些新动向,主要表现在两个方面[13]。其一是引发体系,引发剂是一种容易被分解成自由基的化合物,分子结构上具有弱键,在热能和辐射能的作用下,沿弱键分裂成两个自由基。引发剂主要分为偶氮类化合物和过氧化合物两类 。其二是在聚合

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