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557-适于油田污水的聚丙烯酰胺合成及配制工艺研究与在线粘度计(黏度-引发剂-三次采油-粘度保留率)

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557 适于 油田 污水 聚丙烯酰胺 合成 配制 工艺 研究 在线 粘度计 黏度 引发 三次采油 粘度 保留
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20昕年第3然科学版)f l 007文章编号:1673巧005(2007)055适于油田污水的聚丙烯酰胺合成及配制工艺研究王爱国1,周瑶琪1,王在明2,王成文2,刘超英1(1.中国石油走学地球化学与岩石圈动力学开放实验室,山东东营25706l;2.中国石油大学石油工程学院.山东东营257061)摘要:针对目前三次采油用聚丙烯酰胺相对分子质量低、易剪切降解、对盐敏感和不适应高温地层等问题,采用两种途径提高了聚丙烯酰胺的适用性。在由室内试验确定了复合引发剂最佳比值1:1.3和质量浓度170 ~、合成最佳温度10℃、丙烯酰胺单体质量分数25%、电导率3.6曲·7后,合成出相对分子质量高于2 6聚丙烯酰胺,同时通过丙烯酰胺单体复配引入磺酸基团,苯乙烯磺酸基团或同时引^此两种基团,提高了聚合物的抗盐、抗温、抗剪切性能;后针对聚丙烯酰胺与地层水配伍性差的问题,优选出噻唑烷酮杀菌剂和除氧剂硫脲,对聚合物稳定效果明显。该工艺的中试结果表明,现场污水配制溶液加%.满足了三次采油对聚丙烯酰胺的要求。关键词:聚丙烯酰胺;污水;引发剂;三次采油;牯度保留率中图分类号:O 63l 6;92 2 文献标识码:of in i—,工础。删。矗呷瑙町矿尸“,0如帆,曙257061,鼽∞南唱Pr∞i,w,曲i“;2.汛吼沏№c^讹)y c0 er f n【t0 f 0ab lⅡy 0f l:l 3蛐d f 170 _。,f 10.6斗s·pH 7.a『ld of be by g or 叽幽wi“g s at o“to f he %();№ni“jl 分水解聚丙烯酰胺是聚丙烯酰胺类驱油剂中应用最广泛的一种,但部分水解聚丙烯酰胺在地层中不稳定,易失效。另外,油田采出液中的含水率越来越高,采出污水处理更加困难,应用采出污水配制聚丙烯酰胺溶液,既可以解决污水排放造成的污染,又可以节省淡水资源…”。根据高分子合成原理、结合现场注聚工艺和水质分析,可通过两条途径来提收稿日期:20盯一04一07基金项目:家科技攻关项目(2002)作者简介:王爱国(1974一),男(汉族),天津人,博士研究生,从事地球化学研究。万方数据·124· 中国石油大学学报(自然科学版)高部分水解聚丙烯酰胺的适应性…:一是在聚丙烯酰胺侧链上引入抗盐、抗温的强水化和刚性基团来解决热、剪切和矿化度所造成的不利影响‘51;二是引入具有杀菌、除氧、螯合作用的化学助剂来解决微生物、氧和铁等高价金属离子引起的协同降解作用问题。1适用污水的聚丙烯酰胺的合成1.1试验方法(1)试剂。丙烯酰胺、过硫酸钾、亚硫酸钠、尿素、异丙醇皆为分析纯(上海化学试剂公司);异噻唑烷酮、硫脲、硫代硫酸钠、阳离子表面活性剂1227皆为化学纯(天津化学试剂一厂);螯合剂烯酰胺在使用前用甲醇作溶剂,结晶提纯干燥。过硫酸钾、亚硫酸钠用蒸馏水重结晶,干燥保存待用。蒸馏水为二次重蒸水。(2)试验仪器、设备。氮气瓶,容积0.4 m’;3)试验步骤。①称取已知质量浓度丙烯酰胺单体放人干净的塑料瓶(容积550 ;②加入溶剂,使其充分溶解;③通氮30 氮压力o.1660 ④称取定量的引发剂,与体系充分混溶;⑤低温等待体系引发;⑥将塑料瓶放人恒温水浴中聚合8 h;⑦在上步合成的胶液中加入一定量水、85℃下反应4 h;⑧烘干,造粒,性能检测。(4)相对分子质量按Q/12654.2影响聚丙烯酰氨合成的因素(1)引发剂比值和质量浓度。试验引发剂用过硫酸钾和亚硫酸钠进行复配,随复台引发剂比值(过硫酸钾与亚硫酸钠的质量比)的增加,聚丙烯酰胺相对分子质量呈先增长后下降趋势,当复合引发剂比值为1:1r 3时出现峰值(图1),同时聚丙烯酰胺相对分子质量也随引发剂质量浓度的增加在170“时达到峰值(图2)。其机理主要为随引发剂浓度增加,在单位时间内分解产生的初级自由基数目增加,提高了聚合反应速率及聚合物相对分子质量,但随自由基浓度进一步增加,形成的活性中心增多使相互间碰撞终止反应概率增大,从而导致聚合物相对分子质量下降,因此可以据此确定合适的引发剂比值和质量浓度。(2)单体(丙烯酰胺)质量分数。在确定的复合引发剂最佳质量浓度下,聚丙烯酰胺相对分子质量随丙烯酰胺单体(量分数增加也呈先增后减的趋势(图3),单体质量分数为0.25时相对分子质量达到峰值。原因在于随单体质量分数的增加,分子碰撞机率增加,导致聚合相对分子质量增加。但单体质量分数过大时相互间碰撞终止机率增加也会使相对分子质量减小。在最大相对分子质量时电导率和扯s·m“和6.57。毛芝发剂质量浓度p,(2弓硫酸钾:亚硫酸钠=l:3.1,.7产·“}.置,5 i。“荽‘3 3脚3.2。6·706.656 60¨5管6.∞鼻6·”6,柏6 35单俸质烯酰胺)质量分数对聚丙烯酰胺相对分子质量的影响(3)引发温度。聚合物相对分子质量随试验引发温度的增加呈先增长后下降趋势(图4),并在10℃时出现峰值。其机理为在较低的温度下,自由基的活性低,只有少数自由基越过能垒引发聚合,从而使链传递往往不能顺利进行,聚合后有较多的残余单体。但温度过高会使大量自由基越过能垒,导致体系的链转移速率增加远大于链增长速率的增加而使相对分子质量降低。2221I,毫■蟮巾求韶B}万方数据第31卷第5期 王爱国,等:适于油田污水的聚丙烯酰胺合成厦配制工艺研究 .·125宝、鼍■恒芨温厦口广成体系中最适宜的工艺参数应为:引发剂比例1:1.3,引发剂质量浓度170~,引发温度10℃,单体质量分数为o.25。(4)单体类型。选用不同丙烯酰胺衍生物单体在前面确定的最佳聚合工艺条件下,测试单体质量分数对合成聚丙烯酰胺相对分子质量和粘度的影响。实验结果表明,不同单体引入和同一单体所占不同质量分数都对聚合物相对分子质量和粘度有较大影响,其中l‘和7。的情况不理想(图5),这表明在具体生产过程中必须先做室内小样来确定要使用的具体原材料。由于在聚合物链节上引入的新单体中含有磺酸基团、大侧基团(苯乙烯磺酸基团)或者同时含有这两种基团,所以在聚合时不同基团能够有机结合在一起,产生协同效应,从而提高产品整体性能。扩大丙烯酰胺聚合物应用范围,满足高温、高盐油藏聚合物驱的要求。在实际应用中对2。一6’单体进行复配后形成复合单体系列,复合单体质量分数为1.5%时合成的聚合物性能最好,相对分子质量可达2.6×10 7以上,粘度57,9 e(剪切速率7.34 8~、温度45℃、聚合物质量浓度500 。),如图6所示。名=童■蛙^图5单体类型对聚丙烯酰胺相对分子质■的影响(5)添加剂。为了改善聚丙烯酰胺的水溶性,根据速溶理论,若溶剂中含有结构与聚合物相似的小分子,则此类小分子物质将有效降低聚丙烯酰胺分子间的氢键结合力,改变紧密结构,加快聚合物在溶剂中的溶解速度。在此,选用尿素作为助溶剂,试验中尿素质量分数为1.2%时效果最佳(图7)。毛乏童●龌H’求智霉拿官¥越罂复音单件质量分数叶/4恺舞毛=童●餐抖’彘智翼围7尿素对合成聚丙烯酰胺的影响在聚合反应后期,聚合体系已变得粘稠或成为胶块,聚丙烯酰胺大分子链段运动受阻,易发生分子间的亚胺化从而使聚合物交联,分子内的交联不仅降低聚合物的增粘性还会降低聚合物的溶解性。如果在体系中加入链转移剂——小分子物质,因小分子物质比大分子物质容易运动,可有效降低大分子自由基相互偶合机会而被小分子自由基转移或偶合,从而控制聚合物的支化、交联。在此,选用异丙醇作为链转移剂,通过试验确定出异丙醇质量分数2%为最佳(图8)。拿§蚕罂异丙尊质量分教备出相对分子质量在2.6×107以上的聚丙烯酰胺,取代号为瑚咖咖枷栅瑚咖啪啪瑚啪啪铷姗枷枷瑚||枷万方数据·126-. 中国石油大学学报(自然科学版)2污水处理剂对聚丙烯酰氨稳定性的影响聚合物驱现场应用中发现,污水中的微生物、溶解氧、高价金属离子等对聚合物驱应用效果(聚合物溶液粘度稳定性)都有较大的影响。研究表明,在污水中添加螯合剂、杀菌剂、除氧剂等措施对污水进行预处理,能很好地提高聚合物驱应用效果。2.1螯合剂的稳定效果试验中污水为现场矿化度4652.74 “的污水,配制的空白溶液质量浓度为l 500 ~,在53℃下保存60 s,粘度保留率为25.8%。加螯合剂后其粘度保留率均有所提高,其中%,%,%,119)。—口一I 500000_1^∞皿0血g.L『千000Ⅲg.0 20 30 40 50时间Ⅳ杀菌剂的稳定效果杀菌剂对污水预处理后在改善聚合物溶液粘度保留时效果不佳,甚至起到副作用。主要由于杀菌剂12,7属阳离子型杀菌剂,可与聚合物的一而使溶液牯度降低。两种杀菌剂中异噻唑烷酮的效果相对较好,可选用异噻唑烷酮(图6。言50刍 40i,。罂20—o—l 5∞皿g.r’Ⅲ’—o—I 5∞_【1227—扣I 5∞mg 20_1异毫哇烷酮”卜——奇——奇——打—_占——茹——荀时间枷图10 杀菌剂对聚合物溶液粘度稳定效果2.3除氧剂的稳定效果除氧剂硫脲对聚合物稳定效果明显,粘度保留率从25.8%提高到37.1%;而硫代硫酸钠并没有起到很好效果(图11)。60—50:皇40主30;巳200 20 30 40 50 60时间f,氧剂对聚合物溶液牯度稳定效果2.4添加剂复合使用的稳定效果试验表明,助剂复合使用能起到协同效应,粘度保留率有大幅提高,最佳配方为l 500 “00 叫硫脲+20 叫0 “异噻唑烷酮(图12)。7060;如旦404萎,口一l 5帅-’蚰og r‘#■+20mI·r’异曩畦烷囊—00叫r。。009 0“5000009 r‘硗目+20“g r。异嘻畔烷酮—0_1 5∞ⅢB 00B r’麓鼻+204-。异噻唑靛酮0 20 30 40 50 60 70时间Ⅳ污水进行杀菌、除氧、螫合等预处理,能有效消除污水中溶解氧、微生物、高价金属离子等对聚合物化学稳定性的影响,提高聚合物溶液粘度稳定效果。3现场应用3.1中试及产品评价为满足聚合物合成工艺要求,配制了可制纯度大于99,99%的制氮机和60 驱除聚合体系中溶解氧提供了保障,确保充氮速度达到2m3·配备了一套多级离子交换树脂单体精制系统和单体m~;配备了制冷温度达零下10屯的制冷机一台,达到低温引发的要求。中试产品理化性能如下:相对分子质量为2.66×10 7,水解度为27%,固含量为89.%。3.2应用实例用大港油田分公司采油作业四区羊三木断块现钠酸砬代暖艟酶}一曲如帅如”"(。‘自一专恻搀万方数据 万方数据适于油田污水的聚丙烯酰胺合成及配制工艺研究作者: 王爱国, 周瑶琪, 王在明, 王成文, 刘超英, 王爱国,周瑶琪,刘超英,国石油大学,地球化学与岩石圈动力学开放实验室,山东,东营,257061), 王在明,王成文,国石油大学,石油工程学院,山东,东营,257061)刊名: 中国石油大学学报(自然科学版)英文刊名: F F F ,卷(期): 2007,31(5)被引用次数: 3次参考文献(5条)健辉;卜若颖 梳形刊论文]003(05)溶性高分子 G of on in 文期刊] 2000(03)晓宇 高特性粘数部分水解聚丙烯酰胺聚合工艺研究[期刊论文]然科学版)2003(06)明远;林梅钦 交联聚合物溶液封堵性能影响因素[期刊论文]然科学版)2002(06)本文读者也读过(4条)1. 续水溶液聚合法合成改性聚丙烯酰胺[期刊论文]1(2)2. 离子型聚丙烯酰胺合成与絮凝特性研究[期刊论文]8(1)3. 于刊论文]7(5)4. 丙烯酰胺的光敏引发法制备及其在洗煤废水中的应用特性[期刊论文]1(6)引证文献(3条)丙烯酰胺产业现状及发展趋势[期刊论文]009(6)次采油用耐温抗盐聚合物的研究进展[期刊论文]009(6)温抗盐聚合物驱油剂研究进展[期刊论文]010(10)引用本文格式:于油田污水的聚丙烯酰胺合成及配制工艺研究[期刊论文]然科学版) 2007(5)
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