Page 200 - 精细化工2019年第9期

·1928· 精细化工 FINE CHEMICALS
最高达 70.06%。进一步提高降阻剂加量，降阻率
几乎不变。该实验表明，盐对降阻性有显著的不利
影响，在盐水中，需提高加量才能满足施工需求。
2.6 电镜分析
使用环境扫描电镜对降阻剂在清水和 NaCl 溶
液（30 g/L）中的状态进行观察，其中水溶液中降
阻剂质量浓度为 1 g/L，结果见图 8。
图 8 聚合物在清水（A）和盐水（B）中的网状结构
Fig. 8 Network structure of DRA in clean water (A) and
brine (B)
当降阻剂溶解在清水中时（图 8A），虽未见明
显缔合形成的骨架状结构，但降阻剂分子形成了网
状结构，且互相交错，这对于溶液的流动状态改变
极为有利。而降阻剂溶解在盐水中时（图 8B），降
阻剂分子形成较为疏松的网状结构，且相互缠绕并
不紧密，在网状结构的表面留有在制样过程中因冰
升华后析出的 NaCl 晶体颗粒。表明盐的加入对聚合
物在水中形成的网状结构有不利影响，从而影响溶
液性能。
2.7 机理解释
在前人的研究中，聚合物降阻机理的说法很多，
如黏弹性降阻、漩涡拉伸、非各向同性性质等，但
这些机理并不统一，也未能完美解释降阻的真正机
理。也有研究认为降阻是多种复杂机理共同作用的
结果 [18-20] 。另外，影响降阻率的因素有多种，包括
相对分子质量、相对分子质量分布、分子结构、降
阻剂加量、水质等，目前尚无统一定论
者们提出的机理也只能解释其中某一方面。如，Liu
等 [22] 研究了聚合物减阻剂微观结构对滑溜水压裂的
影响，研究得出，减阻性能与黏弹性有关，在低流
速下，减阻性能主要受黏度影响，而在高流速下，
减阻性能主要受弹性控制；Vlachogiannis 等
究结果表明，在剪切作用下，相对分子质量的降低
对降阻性无明显影响，但是聚合物的聚集体结构变
化对降阻性能的影响比相对分子质量的影响大，通
过破坏这种聚集结构可以使降阻率降低。
本文实验中得出，微观上，1 g/L 的降阻剂在水
中形成明显的紧密网络结构（图 8A），这对于湍流
的抑制是有利的，宏观上降低了水在管道中流动的
第 36 卷
摩阻。而在盐水中，虽然疏松的网状结构（图 8B）
仍具有降阻性，但相较于清水中的紧密结构，其降
阻率较低。降阻剂在水溶液中形成的网络结构是具
有降阻性能的直接原因，这与之前研究者们提出的
机理一致 [23-24] 。
据文献[25]报道，向超过 CAC 的疏水缔合聚丙
烯酰胺溶液中加入盐以后，溶剂的极性增强，疏水
链表现出对极性环境的排斥行为，从而疏水链之间
会发生聚集，使得溶液的性能较常规聚丙烯酰胺有
较大的不同，表现为疏水链聚集更加紧密，导致溶
液黏度上升。但本实验合成的降阻剂分子结构中，
带负电的丙烯酸比带正电的季铵盐摩尔分数高，
P(AM 0.877 -AA 0.113 -DOAB 0.01 )整体呈阴离子型；且摩
阻测试时使用的降阻剂浓度低于 CAC，P(AM 0.877 -
AA 0.113 -DOAB 0.01 )未表现出明显的疏水缔合作用。向
溶液中加入盐以后，盐对电荷的屏蔽作用强于疏水
缔合作用，从而分子链卷曲，最终导致盐水中的降
阻率相对于在清水中有所下降。在低浓度下也具有
抗盐性的降阻剂有待进一步研究。
3 结论
（1）合成了疏水单体 DOAB，并以此单体合成
一种部分水解的聚丙烯酰胺作为降阻剂，以核磁和
元素分析表征结构为 P(AM 0.877 -AA 0.113 -DOAB 0.01 )；
（2）合成的降阻剂具有良好的降阻性能，在清
水中，降阻剂质量浓度为 1.30 g/L 时，降阻率最高
可达 72%；在盐水中，降阻剂质量浓度为 2.0 g/L 时，
降阻率最高达 70.06%；具有抗盐性的降阻剂有待进
一步研究；
（3）降阻剂在较低浓度下即可形成网状结构，
这是聚合物具有降阻性的直接原因，网络结构越紧
密，降阻性能越好。
参考文献：
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