聚合物微球堵水剂的制备及性能评价

1、聚合物微球堵水剂的制备及性能评价化学化工学院 应用化学专业唐熙明 201304020120   杨乔松 ×××(学号)   摘 要：本文以丙烯酰胺（AM）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)和 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）为主要单体，以硫酸铵为相分散剂，分别以聚丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（PDAC）和聚 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（PAMPS）为分散稳定剂，用过硫酸铵作引发剂，采用分散聚合技术合成了阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)。用岩心驱替实验测定了不同浓度聚合物微球对不同矿化度和不同渗透率岩心的封堵效果。关键

2、词：聚合物微球，堵水调剖，分散聚合，岩心驱替1. 引 言目前，油井出水成为开采原油时广泛面临的问题，这些问题会大大影响油田的生产和效益，水驱进行的油田开采是其中受影响尤其严重的地点。为了减少这些出水情况，调整注水时的地层剖面，就要时时关注油井的情况，通过多种方法找水，测定油井出水的具体位置，及时使用堵水（调剖）剂进行封堵。近年来国内外研制了一些新的深部堵水调剖剂，比如美国的 Akzo 公司开发了一种酒精-表面活性剂调剖剂，Dowell 公司合成了非聚合物的冻胶体系及一些微生物的堵水调剖试剂。聚合物微球堵水剂是近几年来发展的一种新型堵水调剖剂，这种堵剂是利用水化溶胀后的聚合物微球对岩层通道的孔喉

3、逐级进行封堵的深部调剖技术。2. 原理部分2.1 实验原理 聚合物微球体系就是聚合物微球分散在水中的体系，聚合物微球体系在水中发生溶。本文以丙烯酰胺（AM）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸主要单体，用过硫酸铵作引发剂，采用分散聚合技术分别合成了阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)以进行实验研究。 2.2 实验方案(小四号，宋体，加粗)用单体丙烯酰胺（AM）和甲基丙烯酸乙基三甲基氯化铵（DMC）为主要原料制备目标产物。反应还需脱水将产品放于表面皿中，并在 60下真空干燥至恒重，最后得到固体阳离子聚丙烯酰胺。采用岩心实验测定产物性能。3. 实验部分3.1实验仪器和药品实验仪器

4、：烧杯（100mL、500mL）、量筒（10mL、100mL 和 500mL）、若干试管等玻璃仪器。DK-S11 型电热恒温水浴锅、RW20 型搅拌器、NDJ-1 型旋转粘度计、ALC-31 型电子天平、AL204 型电子天平、艾科浦超纯水系统、氮气瓶、秒表、三口烧瓶、载玻片、毛细管粘度计（0.5-0.6）、倒置荧光显微镜、反射偏光显微镜 XP-22、傅立叶变换红外光谱仪、MDSW-型波场采油多功能动态模拟系统。实验药品：丙烯酰胺、硫酸铵、过硫酸铵、甲基丙烯酸乙基三甲基氯化铵（78%）、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（78%）、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、碳酸氢钠、无水碳酸钠、无水氯化钙、氯化钾、氯化

5、钠、六水合氯化镁（氯化镁）、丙酮。3.2堵水剂的制备3.2.1阳离子稳定剂的合成将一定量的单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）溶于去离子水中，加入带有冷凝管、氮气管和机械搅拌装置的三口烧瓶中，搅拌，水浴加热，通氮气约 45min，用0.1mol/L 稀盐酸调节溶液的 pH 至预定值，升温至反应温度，滴加引发剂过硫酸铵，在该温度下搅拌反应 12h，升温到另一温度继续反应约 3h，反应物由无色变为棕色有一定粘度的液体。式（3-1）为阳离子稳定剂的反应方程式。Figure 1式3-1Figure 2式子3-33.1.2阳离子丙烯酰胺共聚物的合成用分析天平准确称取反应单体丙烯酰胺（AM）和甲基丙烯酸

6、乙基三甲基氯化铵（DMC），将两种单体加入反应容器三口烧瓶中，连接好聚合反应装置。图 3-2 为聚合反应装置图。再加入称好的分散稳定剂、去离子水和无机盐硫酸铵（AS），反应体系需要通氮气一段时间除去体系中的氧气，开启机械搅拌，并调节转速，水浴锅设置预定温度进行水浴加热升温。在反应体系温度达到预定值后开始滴加引发剂，继续搅拌进行反应，反应结束后将反应体系降至室温出料。最终得到的产品为粉白色平滑乳液，有一定粘度，很好的流动性和稳定性，式（3-3）为反应主要方程式。Figure 3图3-2Figure 4式3-33.2.3共聚物水分散体系中无机盐的脱除水分散聚合法由于连续相使用硫酸铵水溶液，因此合成

7、的产品中含有无机盐，可能还有未反应完全的单体。对聚合物产品进行表征时，这些盐类和未反应的单体可能会对测定的结果产生影响。所以，在聚丙烯酰胺表征前，要脱除这些无机盐和剩余单体。通常用的方法是选用合适溶剂洗去盐和单体。先在烧杯中用少量去离子水中将聚合物产品溶解均匀，再将丙酮试剂倒入烧杯中将聚合物产品进行沉淀；用玻璃棒取出沉淀物再溶解于少量去离子水中，继续用丙酮进行沉淀，这样重复进行几次溶解和沉淀洗涤过程，得到乳白色的胶状固体产品，将产品放于表面皿中，并在 60下真空干燥至恒重，最后得到固体阳离子聚丙烯酰胺。3.3堵水剂的评价3.3.1 岩心管的制备填砂管规格为长为 52cm，直径为 2.6cm。称

8、取不同质量的石英砂，分别用填砂压实装置填制不同渗透率的岩心管。3.3.2 聚合物乳液的制备用不同矿化度（NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2）的污水和去离子水分别配制 pH=7、pH=9 和 pH=11 的聚合物微球溶液。Figure 51-六通阀；2-LPS 储罐；3-水储罐；4-岩芯夹持器；5-烧杯；6-环压泵；7-压力传感器；8-压力数显仪；在多功能动态采油模拟系统装置中进行岩芯驱替实验。先称量干砂管的质量记m1，在1mL·min1泵速下用水将新填好的岩心砂管进行饱和，使用 MDSW-型波场采油多功能动态模拟系统进行水测岩层渗透率。每两分钟记录一次计算机面板上饱和水时的压力

9、，并记录室温。当岩心完全被水饱和并且压力稳定时，取下砂管，称取饱和水后的砂管质量记 m2，查取该温度下水的粘度，计算砂管的孔隙度 见式（3-1）和初始渗透率 K0见式（3-2）。在 1mL·min-1泵速下将 0.3PV 配置好的聚合物微球乳液注入砂管，并记录注入乳液时面板上的的压力示数。将注入聚合物溶液后的岩心砂管置于 65烘箱中恒温加热。取出烘箱中的岩心砂管，自然放至常温，在 1mL·min-1泵速下用水对注乳液后的岩心砂管进行驱替，记录压力和温度，计算驱替后的渗透率式（3-3），并计算封堵率。孔隙度计算公式：Figure 6 式3-1Figure 7式3-2封堵率计算

10、公式Figure 8式3-3分别测定不同 pH 条件下水解的聚合物微球溶液、不同浓度聚合物乳液对不同渗透率、不同矿化度岩心砂管注入微球前后的渗透率变化，计算封堵率，分析聚合物微球的水解条件、浓度与岩心封堵能力的关系，聚合物微球对不同渗透率、不同矿化度岩心的封堵能力。4. 结果与讨论（应该使用不同浓度聚合物微球进行风度效果实验，测量水驱压力随着注入体积的值）5. 结论等待实验参考文献1夏海虹. 磁性聚合物复合微球调剖堵水剂的制备及其性能研究D. 北京化工大学, 2012. DOI:doi:10.7666/d.y2139202.2涂伟霞, 夏海虹. 磁性聚合物复合微球调剖堵水剂研究J. 石油与天然

11、气化工, 2012, 05期:504-507. DOI:doi:10.3969/j.issn.1007-3426.2012.05.013.：3 Adachi M, Suzuki Y, Kashiwagi N, et al. Preparation and properties of polymer microspheres dispersed in a silica gel filmJ. Colloids & Surfaces A Physicochemical & Engineering Aspects, 1999, 153(1):617623.Study on the Pr

12、eparation and Properties of PolymerMicrospheres Mrofile control agentSchool of Chemistry and Chemical Engineering Pratical Chemistry 201304020120  Tang Xi-MingAbstract Acrylamide (AM), methyl methacrylate (DMC), and 2- (-2-) were prepared in this paper.Methyl sulfonic acid (AMPS)

13、 as the main monomer, ammonium sulfate as the phase dispersant, respectively, with the polypropylene.Ammonium chloride (PDAC) and 2- -2- (PAMPS) were used as dispersing agent, with over sulfuric acid.The cationic polyacrylamide (CPAM) was synthesized by the method of dispersing and polymerization. Core displacement experimentThe sealing effect of different concentrations of pol