Page 209 - 精细化工2019年第9期
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第 9 期 高进浩，等: 耐盐型疏水缔合聚合物的制备及流变性能 ·1937·
Key words: hydrophobic association; viscoelasticity; rheological property; salt resistance; oil field chemicals
常规聚丙烯酰胺结构比较简单，一般以长链线 反应单体的质量比为 m(AM)∶m(AA)∶m(AMPS)∶
性结构为主且支链少，在压裂液体系中可以作为滑 m(S-18)=65∶25∶9∶1。表面活性剂 SDS 添加量占
溜水压裂液减阻剂主剂使用，在高矿化度条件下， 单体总质量的 8%。溶液在 5 ℃水浴温度下通氮气
黏度保持能力差 [1-8] 。由于其结构的单一性，限制了 30 min。制备质量分数 1%引发剂水溶液，用量为
聚丙烯酰胺（PAM）的应用，如作为压裂液添加剂 0.04%（基于单体总质量），质量比为 m(APS)∶
时，耐盐能力差，不耐剪切等。目前，研究者通过 m(V C )∶m(V-50)=3∶3∶1。先将 AM、AA、AMPS、
疏水改性的方法，获得性能优良的产品 [5,9-10] 。疏水 S-18 按照上述单体质量配比，配制成质量分数为
缔合聚丙烯酰胺（HAPAM）将不同侧链长度的疏水 27%水溶液，随后加入 SDS，通氮气除氧，依次加
单体接入到聚合物主链中，使其结构发生变化，表 入引发剂 APS、VC、V-50，反应在 80~90 ℃下进
现出独特的流变特性。疏水缔合聚合物由于临界缔 行 2.0 h，得到胶体产物，然后 80 ℃下粉碎干燥得
合浓度的存在，当水溶液添加量不同时，溶液流变 到粉末聚合物 S-18HPAM。合成过程如下所示。
性能差异明显，其溶液黏弹性发生变化 [10-15] 。微观
结构研究发现，改性聚合物在水溶液中结构复杂，
形成致密的空间网状结构。作为压裂液用聚合物，
不仅具有高分子线形聚合物的基本特点，满足低摩
阻的施工要求，同时实现优良的携砂效果，因此，
在致密油层压裂开发过程中得到了应用 [15-22] 。但是
目前改性聚合物由于疏水侧链结构的差异，现阶段所
研究的聚合物耐盐低于 10000 mg/L，制约了高矿化度
水质条件下压裂施工 [18-19] 。
本研究针对上述问题，通过分子设计优化，采
用阴离子疏水单体 S-18，克服了常规疏水单体聚合
过程中难溶性的问题，并在聚合过程中加入表面活
性剂 SDS，制备出耐盐性能优良的疏水改性聚丙烯
酰胺，解决了疏水缔合聚合物在高矿化度盐水中的
溶解性问题，通过微观结构分析和流变性能测试， 1
1.3 IR 和 HNMR 测试
研究聚合物耐盐性的微观机理。以期为疏水缔合聚
制备聚合物溴化钾（KBr）压片对其分子结构
合物在致密油储层改造中的应用提供了技术支持。 –1
进行了红外光谱表征，波数范围 4000~400 cm ，分
–1
辨率为 0.01 cm 。用核磁共振波谱仪测定了 D 2 O 中
1 实验部分
1
聚合物的氢谱（ HNMR），聚合物溶液的质量浓度
1.1 试剂与仪器 为 100 mg/L。
丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）、2-丙烯酰胺- 1.4 XRD 测试
2-甲基丙磺酸（AMPS）、过硫酸铵（APS）、抗坏血 利用 X 射线衍射仪对聚合物 S-18HPAM 进行了
酸（Vc）、水溶性偶氮二氰基戊酸（V-50），分析纯， XRD 检测。扫描范围 10°~90°，扫描速度 0.02
[23]
陕西润泰化工有限公司；阴离子疏水单体（S-18） 、 (°)/min，X 射线管电压 40 kV，管流 40 mA。
NaCl 溶液（20000 mg/L），实验室自制；十二烷基 1.5 SEM 测试
硫酸钠（SDS），分析纯，天津科密欧化工有限公司。 采用环境扫描电镜对聚合物形貌进行了观察。
RS6000 型流变仪、Nicolet 6700 红外光谱仪， 制备质量分数 0.3%S-18HPAM 体系，分别在蒸馏水
美国热电公司；Bruker Avance Ⅲ HD 400 核磁共 和 20000 mg/L NaCl 溶液中充分溶解，并将其滴于
振氢谱仪,瑞士 Bruker 公司；Quanta 450 扫描电镜， 导电载体上，所有样品在室温下干燥，然后用液氮
美国 FEI 公司；D/Max 型 X 射线衍射仪，日本理学 冷冻，然后进行 ESEM 观察。在加速电压为 20 kV
公司。 时，用扫描电镜对试样的冻结表面进行观察。
1.2 S-18HPAM 的制备 1.6 流变性能测试
制备单体总质量分数为 27%的水溶液，其中，各 采用流变仪进行流变性能测量。在 20000 mg/L
