Page 199 - 《精细化工》2022年第10期

第 10 期 张雯娟，等: 高耐盐型聚合物的制备及其流变性能 ·2133·

目前，常规油气藏开发处于高含水期，单井产 Nicolet 公司；Advance Ⅲ 400 MHz 核磁共振波谱
量逐渐递减，随着勘探技术的逐步提高，深层、超 仪，瑞士 Bruker 公司；BT-9300S 激光粒度分布仪（测
深层油气开发备受关注 [1-5] 。聚丙烯酰胺类聚合物因 试范围 0.1~716 μm），丹东百特仪器有限公司；FEI
其具有优异的增稠性能和流变性能等，被广泛应用 Tecnai G2 F20 S-TWIN 透射电子显微镜，美国 FEI
于水力压裂技术中 [6-8] 。 公司；S4800 场发射扫描电子显微镜，日本日立公
[9]
由于深井常伴随着高耐盐环境 ，金属阳离子 司；ZNN-D6 Ⅱ电动六速黏度计，青岛宏煜琳石油
通过屏蔽聚合物分子中阴离子基团之间的静电斥力 仪器有限公司；LGJ-12 真空冷冻干燥机，北京松源
使得分子链发生蜷缩，聚合物表观黏度明显降低。 华兴科技发展有限公司；8510 型温度计，上海医用
同时，超深井、低渗透井储层埋藏较深，储层致密 仪表厂。
度较高 [10-12] ，通过添加加重剂以提供较高的静液柱 1.2 含双键谷氨酸螯合剂 CH-3 的制备
压力同时减小施工过程中液体与管柱的摩擦阻力是 按 n(马来酸酐)∶n(谷氨酸钠)=1∶1 投料，将
最有效的途径 [13-15] ，而加重剂通常为一价或二价无 49.0 g 马来酸酐溶于 50 mL 丙酮中后倒入三口烧瓶
机复合盐，对于常规胍胶压裂液体系，一价盐对体 中充分搅拌，将恒温水浴锅温度调节至 50 ℃，再
系影响较小，而二价盐与体系存在不配伍产生沉淀 缓慢匀速地滴加 93.6 g 谷氨酸钠，反应 5 h 后得到
的现象；合成聚合物体系中，加重剂会与聚合物增 淡黄色液体粗品，抽滤后将滤液用无水乙醇洗涤
稠剂竞争水分子 [16] ，使得聚合物在水中的溶解能力 2~3 次得到淡黄色固体谷氨酸螯合剂 CH-3。反应式
下降。因此，更深储层的严苛条件限制了大量常规 如下所示：
聚合物的应用。戴秀兰等 [17] 通过水溶液聚合法合成
出一种聚丙烯酰胺类聚合物 BC40，在不同浓度的甲
–1
酸钠中配制聚合物溶液，在 120 ℃、170 s 剪切 2 h
后溶液黏度约为 30 mPa·s，甲酸钠加重剂成本较高

且未说明 BC40 在二价盐中的黏度保持率；陈世兰
等 [18] 采用司盘-80 和吐温-80 复配乳化剂制备三元共 1.3 反相乳液聚合物 p(AM/AA/CH-3)的合成
聚物，聚合物在 90 ℃的黏度保持率为 23.6%，在 将 205 g（2.9 mol）AM、87 g（1.2 mol）AA、
NaCl（质量分数为 6%）和 CaCl 2 （质量分数为 3%） 8 g（0.03 mol）功能单体 CH-3 及 2 mL 质量分数为
溶液中的黏度保持率分别为 50.9%和 25.5%。目前，
1.5%的过硫酸铵水溶液（引发剂）充分溶解在 300 g
主要通过对聚合物的分子结构进行改性以提升其性
蒸馏水中，用 100 mL 质量分数为 40% NaOH 水溶
能，但聚合物的耐盐性和流变性仍不理想。
液调节 pH 至 6.5~7.5，得到溶液 A。称取 240 g 白
针对以上问题，本文引入一种含双键谷氨酸螯
油及 40 g 乳化剂〔m(司盘-80)∶m(吐温-80)=11∶4〕，
合剂（CH-3）功能单体，与 AM 和 AA 为原料，采
将溶液 A 与其混合后，在 11000 r/min 下搅拌 15 min
用反相乳液聚合法制备一种具有耐盐性和流变性的 得到预乳液 B。将预乳液 B 倒入四口烧瓶中，室温
1
聚合物，采用 FTIR、 HNMR、SEM 及激光粒度分
下通 N 2 除氧 1 h，随后缓慢并匀速滴加 3 mL 质量分
布仪对其结构和微观形貌进行表征和分析，并对该
数为 1.5%的亚硫酸氢钠水溶液引发自由基聚合反
聚合物的流变性和耐盐性进行测试，为聚合物压裂
应，控制反应温度为 42.5~43.5 ℃，继续反应 2~3 h，
液应用于非常规油气储层提供新思路。
冷却至室温后在乳液中加入占乳液总质量 3.5%的
1 实验部分 OP-10 转相剂，得到聚合物乳液。合成反应式如下
所示：
1.1 试剂与仪器
丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）、白油、司盘-80、
吐温-80，均为工业品，陕西润泰化工有限公司；过
硫酸铵、亚硫酸氢钠、NaOH、马来酸酐、谷氨酸钠、
丙酮、无水乙醇，均为分析纯，天津市红岩化学试
剂厂；OP-10 转相剂，分析纯，上海麦克林生化科
技有限公司；阴离子聚丙烯酰胺（PAM），工业品，
云南鸿泰工贸有限公司。
Haake Mars 40 旋转流变仪，热电（卡尔斯鲁厄）
有限公司；Avater370 傅里叶变换红外光谱仪，美国