Page 189 - 《精细化工》2021年第6期

第 6 期 袁美和，等: 纳米 SiO 2 复合降黏剂的合成与性能评价 ·1251·

构，从而起到一定的稠油降黏作用。然而，纳米 镜，美国 FEI 公司；VHX-5000 型显微镜，基恩士
SiO 2 表面亲水性较强，很难有效地分散到稠油体系 （中国）有限公司；CP5000 型流变仪，广州来美科
中 [10-13] 。JING 等 [14] 通过有机改性的 SiO 2 和乙烯-乙 技有限公司。
酸乙烯酯共聚物（EVA）制备了纳米复合降黏剂， 1.2 降黏剂的合成
其在低温下对高凝点含蜡原油表现出很好的流动性 1.2.1 偶联剂 KH570 的水解
改善效果。但改性 SiO 2 与 EVA 靠吸附作用进行物 向 50 mL 无水乙醇中加入 1 mL 硅烷偶联剂
理共混，无法形成稳定的化学结构，相容性较差， KH570，用质量分数 1%的冰醋酸水溶液调节 pH 至
在实际应用中存在困难。张宏民 [15] 和辛国栋 [16] 将甲 5~6，超声分散，50 ℃下搅拌水解 1 h，备用 [22-23] 。
基丙烯酸十八酯（SMA）和丙烯酰胺（AM）与改 1.2.2 SiO 2 的疏水改性
性 SiO 2 接枝获得 PSMA-AM/SiO 2 复合材料，40 ℃ 称取 2.50 g 纳米 SiO 2 于 25 mL 无水乙醇中超声
的表观降黏率为 71.8%，净降黏率为 47.53%，在低 分散 1 h，然后置于 100 mL 圆底烧瓶中，随后加入
温下对高蜡稠油（蜡质质量分数为 29%）有较好的 1.2.1 节所制备的水解偶联剂 KH570 溶液，搅拌均
降黏性，但对于高胶质、沥青质含量稠油的降黏效 匀，然后升温至 80 ℃，剧烈搅拌 3 h，降至室温，
果并不理想。 5000 r/min 离心，取底部沉淀物，反复用蒸馏水和
针对沥青质、胶质含量较高的胜利油田陈平油 无水乙醇洗涤，最后在 65 ℃真空干燥 12 h，研磨
井稠油，本文将 4-乙烯基吡啶（VP）、丙烯酸十八 得到改性 SiO 2 [22-23] 。
酯（SA）和 AM 3 种单体与偶联改性的纳米 SiO 2 共 1.2.3 SiO 2 接枝共聚物的合成
聚。SA 具有长链烷基，可以增加共聚物的油溶性， 取 SA 12.98 g（0.04 mol）、VP 2.10 g（0.02 mol）
VP 具有芳香环结构，对稠油中胶质、沥青质的聚集 和 AM 0.71 g（0.01 mol）于 250 mL 三口烧瓶中，
体系有很好的渗透性，而且吡啶环上的 N 原子可以 加入 25 mL 甲苯作为反应溶剂，再加入 3.0 g 改性
和 AM 中的强极性酰胺基团协同作用，破坏稠油中 SiO 2 ，其中，改性 SiO 2 的添加量为 19%（以单体总
的氢键缔合结构 [17-20] 。利用接枝共聚物的油溶性和 质量为基准，下同）。然后通入氮气保护，充分搅拌，
空间位阻 [21] ，增强 SiO 2 在稠油中的溶解性和分散 并升温至 70 ℃，开始滴加引发剂 AIBN 甲苯溶液
性，同时发挥纳米材料的吸附性能和油溶性聚合物 〔m(AIBN)∶m(甲苯)=1∶50〕，AIBN 用量为 1.2%
的渗透拆解作用，达到二者协同降黏的效果。
（以单体总质量为基准，下同），滴加时间控制在
10~15 min，反应时间 6 h，反应结束后降至室温，
1 实验部分
用甲醇溶胀反应产物，静置 3 h，让 SiO 2 接枝共聚
1.1 试剂与仪器 物沉淀完全。然后用甲醇、无水乙醇，蒸馏水反复
SiO 2 （20 nm），AR，南京先丰纳米材料科技有 洗涤、抽滤，在真空 40 ℃下干燥 12 h 后得到纳米
限公司；冰醋酸，AR，天津一方科技有限公司；SA、 SiO 2 复合降黏剂。合成最终产物形状如图 1 所示，
γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）， 油溶性纳米 SiO 2 复合降黏剂为淡黄色蓬松固体
AR，天津希恩思奥普德科技有限公司；VP，AR， 粉末。
艾览（上海）化工科技有限公司；AM，AR，上海
迈瑞尔化学技术有限公司；EVA（醋酸乙烯质量分
数为 25%），AR，凯玛特（天津）化工科技有限公
司；偶氮二异丁腈（AIBN）、无水乙醇、甲醇，AR，
天津市江天化工技术股份有限公司。
稠油测试样品（CP），取自胜利油田陈平油井，
3
50 ℃时，黏度 18.48 Pa·s，密度 0.98 g/cm ，酸值
3.11 mg KOH/g，饱和分质量分数为 32.97%，芳香
分质量分数为 21.32%，胶质质量分数为 33.85%，

C 7 -沥青质（石油中不溶于正庚烷，但能溶于热苯的
物质）质量分数为 7.09%，其余的可能是胶质极性 图 1 油溶性纳米 SiO 2 复合降黏剂照片
Fig. 1 Photo of oil soluble nano-SiO 2 composite viscosity
太强的物质。 reducer
Nicolet 6700 型傅里叶变换红外光谱仪，美国热
电公司；TG209 F3 型热重分析仪，德国耐驰仪器制 按照上述实验条件，不添加改性后 SiO 2 可合成
造有限公司；Apreo S LoVac 场发射扫描电子显微 三元聚合物。