弛豫法研究预交联颗粒凝胶的界面扩张流变性质
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
唐 黎 一，罗 澜 ，方 洪 波 ，宗 华。 ，张 磊 ，张 路 ， 赵 濉
（ １ ．中 国科 学 院 理 化 技 术 研 究 所 ，北京 １ ０ ０ １ ９ ０ ； ２ ．中 国科 学 院 大 学 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ；
３ ．中国石化胜利 油田胜利工程 设计咨询有 限公 司 ， 东营 ２ ５ ７ ０ ０ ０ ）
度为 ２ ５ ％ ，用蒸馏 水充 分溶 解老 化后 与 Ｐ Ｐ Ｇ母 液 复配制 得不 同浓 度 的水溶 液 ．氯化 钠为 分析 纯 ， 购 于 北 京化 工 厂．航 空煤 油购 于北京 欣 环诚润 滑油 有 限公 司 ，经柱硅 胶层 析处 理后 用 作油 相 ， ３ ０℃时 与去 离子水 的界 面张 力约 为 ４ ３ ． ５ ｍ Ｎ ／ ｍ．
摘要 采用界面张力弛豫方法研究 了一种新型聚合物——预交联颗粒凝 胶 （ Ｐ Ｐ Ｇ） 的界 面流变性质 ，考察 了 电解质及传统直链聚丙烯酰胺与 Ｐ Ｐ Ｇ的相互作用对体 系界 面性质 的影响 ，计算得到 了各体系界 面扩 张弹性
和黏性 的全频谱 ， 并 通过归一 法计算得 到了相应 的 Ｃ ｏ ｌ ｅ ． Ｃ ｏ ｌ ｅ 图． 结果表 明， 随着体相浓度 的增加 ， Ｐ Ｐ Ｇ在界 面层 中形成 网络结构 ， 界面扩张弹性和黏性大 幅增 强．电解质能 够 中和 Ｐ Ｐ Ｇ结构 中的 电荷 ，明显 降低扩 张
聚丙 烯酰 胺对 环境 友好 ， 具 有 良好 的水 溶性 ， 且 能 够起 到 增加 驱 动 液 黏度 ，改善 水 驱液 波及 体 积
和流变性能等作用 ， 在三次采油技术 中得到了广泛应用． 但传统 的直链型聚丙烯酰胺在高温高盐高剪 切等苛刻的油藏环境下 ， 极易发生高分子链断裂 ， 造成溶液黏度急剧下降 ， 难以满足生产实践的要求 ，
弹性 的驱替液有较好的驱扫盲端残余油 的能力 ， ｍ Ｊ ． 然而在驱油过程中起决定性作用 的是驱替液水溶 液 与原 油形成 的油水界 面性 质 ，因此 驱油 体 系界面 黏弹性 能 与驱 油 效率 密切 相 关 ．本 文 通过 界 面 张力
弛豫法 研究 了 Ｐ Ｐ Ｇ体 系的界 面黏 弹性 能 ， 从 而对 设计 高驱 油效率 的驱 替液 提供 指导 ．
在采油技术 中， 将Ｐ Ｐ Ｇ与聚合物复配 ， 能够提高体系黏度和黏弹性能 ， 增强体系剖面调整能力等．因 此复 配体 系具 有 比聚合 物更强 的扩 大波及 能力 ，Ｐ Ｐ Ｇ的加 入能 够起 到 较好 的增效 作 用 ，从 而提 高 驱 油
效果 ．虽然 Ｐ Ｐ Ｇ在 三次采 油 中 已经得 到 了一定 的应 用 ，但是 关 于其理 化性 能 的基础 研 究 尚鲜 有报 道 ，因此对 Ｐ Ｐ Ｇ驱 油体 系展 开系统 深入 的研 究对评 价其 驱油 性能具 有 重要意 义 ． 在 原油 开采 中 ，驱替 液 的界面张 力 、黏度 和黏 弹性 能 等诸 多 理化 性 质对 驱 油 效率 均 有 影 响 ，高 黏
弹性 和黏性 ．直链聚丙烯酰胺与 Ｐ Ｐ Ｇ在界面上可能形成更为复杂 的结构 ， 膜 的黏弹性 由 Ｐ Ｐ Ｇ决定．
关 键 词 预 交 联 颗 粒凝 胶 ； 聚 丙 烯 酰 胺 ；扩 张 流 变 ； 界面张力弛豫法 ； Ｃ ｏ ｌ ｅ — Ｃ ｏ ｌ ｅ图 中图 分 类 号 ０ ６ ４ ７ 文献标志码 Ａ
张
路， 男， 博士 ， 副研 究员 ， 主要从事胶体与界面化学研究．Ｅ － ｍ ｉ ａ ｌ ： ｌ ｕ ｙ ｉ ｑ ｉ ａ ｏ ＠ｈ ｏ ｔ ｍ ａ ｉ ｌ ． ｔ ｏ ｍ
Ｎ ｏ ． ６
唐
黎等： 弛 豫 法 研 究 预 交联 颗 粒 凝 胶 的 界 面扩 张 流 变性 质
１ ４ ３ ５
１ 实验 部分
１ ． １ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 品及试 剂
Ｐ Ｐ Ｇ 由中国石 化股份 有 限公 司胜利 分公 司地质 科学 研究 院提供 ，颗粒粒 径 为 ５ Ｏ一 １ ５ ０ Ｉ ｘ ｍ，图 １为 其结 构示 意 图 ， 其 中功 能单 体 （ Ｆ Ｍ） 用于控制 Ｐ Ｐ Ｇ分 子 的 交联 度 ，Ｍ 为 耐温 抗 盐基 团．使 用 时取 适 量 Ｐ Ｐ Ｇ溶 于蒸馏 水 中 ， 搅拌 ， 静置 ， 充分溶 胀后 制得 母液 ， 逐 步稀释 配得 不 同浓度 的溶液 ．超 高分 子量 的 直链 聚丙 烯酰 胺 由 中国石化 股份有 限公 司胜 利分公 司 地质科 学研 究 院提供 ， 分 子量 为 ３ ． ６ ７ ￣ １ ０ ， 水 解
因此 ， 改性 聚丙 烯酰 胺 的研 究 引起 了越来 越多 的关 注 ．一 种 新 型结 构 的聚 丙烯 酰 胺 类衍 生 物— — 预 交联 颗粒凝 胶 （ Ｐ Ｐ Ｇ） 的出现 ，给三次 采油技 术带 来 了新 的发展 方 向．Ｐ Ｐ Ｇ是 部分 支 化交 联 的 聚丙 烯
酰胺 ， 它是 将丙 烯酰 胺 、交联 剂及 支撑 剂等 通 过 引发 控 制 聚合 在 一起 ，形 成 星形 或 网 络结 构 ．这种 特 殊 的结构使 其 能够 吸水溶 胀 ， 且溶 胀 后 能够 提 供较 高 的模 量 、较好 的耐 温性 能 和 优 越 的 耐剪 切 性 能 ．
收稿 １ ３期 ： ２ ０ １ ２ － １ ２ － ２ ０ ．
基金项 目：国家科技重大专项项 目（ 批准号 ： ２ ０ １ １ Ｚ Ｘ ０ ５ ０ １ １ － ０ ０ ４ ） 资助．
联系人简介 ： 赵 濉 ，男 ， 研 究 员 ，主 要从 事 胶体 与界 面 化 学 研 究 ．Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ：ｚ ｈ ａ ｏ ｓ ｕ ｉ ＠ｍａ ｉ ｌ ． ｉ ｐ ｃ ． ａ ｃ ． ｃ ｎ
Ｖｏ １ ． ３ ４
２ ０ １ ３年 ６月
高 等 学 校 化 学 学 报
ＣＨＥＭＩ ＣＡＬ Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＩ ＮＥＳ Ｅ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ｍ ＥＳ
ＮＯ ． ６
１ ４ ３ ４ ～１ ４ ４ ０
弛 豫 法 研 究 预 交 联 颗 粒 凝 胶 的 界 面 扩 张 流 变 性 质
（ １ ．中 国科 学 院 理 化 技 术 研 究 所 ，北京 １ ０ ０ １ ９ ０ ； ２ ．中 国科 学 院 大 学 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ；
３ ．中国石化胜利 油田胜利工程 设计咨询有 限公 司 ， 东营 ２ ５ ７ ０ ０ ０ ）
度为 ２ ５ ％ ，用蒸馏 水充 分溶 解老 化后 与 Ｐ Ｐ Ｇ母 液 复配制 得不 同浓 度 的水溶 液 ．氯化 钠为 分析 纯 ， 购 于 北 京化 工 厂．航 空煤 油购 于北京 欣 环诚润 滑油 有 限公 司 ，经柱硅 胶层 析处 理后 用 作油 相 ， ３ ０℃时 与去 离子水 的界 面张 力约 为 ４ ３ ． ５ ｍ Ｎ ／ ｍ．
摘要 采用界面张力弛豫方法研究 了一种新型聚合物——预交联颗粒凝 胶 （ Ｐ Ｐ Ｇ） 的界 面流变性质 ，考察 了 电解质及传统直链聚丙烯酰胺与 Ｐ Ｐ Ｇ的相互作用对体 系界 面性质 的影响 ，计算得到 了各体系界 面扩 张弹性
和黏性 的全频谱 ， 并 通过归一 法计算得 到了相应 的 Ｃ ｏ ｌ ｅ ． Ｃ ｏ ｌ ｅ 图． 结果表 明， 随着体相浓度 的增加 ， Ｐ Ｐ Ｇ在界 面层 中形成 网络结构 ， 界面扩张弹性和黏性大 幅增 强．电解质能 够 中和 Ｐ Ｐ Ｇ结构 中的 电荷 ，明显 降低扩 张
聚丙 烯酰 胺对 环境 友好 ， 具 有 良好 的水 溶性 ， 且 能 够起 到 增加 驱 动 液 黏度 ，改善 水 驱液 波及 体 积
和流变性能等作用 ， 在三次采油技术 中得到了广泛应用． 但传统 的直链型聚丙烯酰胺在高温高盐高剪 切等苛刻的油藏环境下 ， 极易发生高分子链断裂 ， 造成溶液黏度急剧下降 ， 难以满足生产实践的要求 ，
弹性 的驱替液有较好的驱扫盲端残余油 的能力 ， ｍ Ｊ ． 然而在驱油过程中起决定性作用 的是驱替液水溶 液 与原 油形成 的油水界 面性 质 ，因此 驱油 体 系界面 黏弹性 能 与驱 油 效率 密切 相 关 ．本 文 通过 界 面 张力
弛豫法 研究 了 Ｐ Ｐ Ｇ体 系的界 面黏 弹性 能 ， 从 而对 设计 高驱 油效率 的驱 替液 提供 指导 ．
在采油技术 中， 将Ｐ Ｐ Ｇ与聚合物复配 ， 能够提高体系黏度和黏弹性能 ， 增强体系剖面调整能力等．因 此复 配体 系具 有 比聚合 物更强 的扩 大波及 能力 ，Ｐ Ｐ Ｇ的加 入能 够起 到 较好 的增效 作 用 ，从 而提 高 驱 油
效果 ．虽然 Ｐ Ｐ Ｇ在 三次采 油 中 已经得 到 了一定 的应 用 ，但是 关 于其理 化性 能 的基础 研 究 尚鲜 有报 道 ，因此对 Ｐ Ｐ Ｇ驱 油体 系展 开系统 深入 的研 究对评 价其 驱油 性能具 有 重要意 义 ． 在 原油 开采 中 ，驱替 液 的界面张 力 、黏度 和黏 弹性 能 等诸 多 理化 性 质对 驱 油 效率 均 有 影 响 ，高 黏
弹性 和黏性 ．直链聚丙烯酰胺与 Ｐ Ｐ Ｇ在界面上可能形成更为复杂 的结构 ， 膜 的黏弹性 由 Ｐ Ｐ Ｇ决定．
关 键 词 预 交 联 颗 粒凝 胶 ； 聚 丙 烯 酰 胺 ；扩 张 流 变 ； 界面张力弛豫法 ； Ｃ ｏ ｌ ｅ — Ｃ ｏ ｌ ｅ图 中图 分 类 号 ０ ６ ４ ７ 文献标志码 Ａ
张
路， 男， 博士 ， 副研 究员 ， 主要从事胶体与界面化学研究．Ｅ － ｍ ｉ ａ ｌ ： ｌ ｕ ｙ ｉ ｑ ｉ ａ ｏ ＠ｈ ｏ ｔ ｍ ａ ｉ ｌ ． ｔ ｏ ｍ
Ｎ ｏ ． ６
唐
黎等： 弛 豫 法 研 究 预 交联 颗 粒 凝 胶 的 界 面扩 张 流 变性 质
１ ４ ３ ５
１ 实验 部分
１ ． １ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 品及试 剂
Ｐ Ｐ Ｇ 由中国石 化股份 有 限公 司胜利 分公 司地质 科学 研究 院提供 ，颗粒粒 径 为 ５ Ｏ一 １ ５ ０ Ｉ ｘ ｍ，图 １为 其结 构示 意 图 ， 其 中功 能单 体 （ Ｆ Ｍ） 用于控制 Ｐ Ｐ Ｇ分 子 的 交联 度 ，Ｍ 为 耐温 抗 盐基 团．使 用 时取 适 量 Ｐ Ｐ Ｇ溶 于蒸馏 水 中 ， 搅拌 ， 静置 ， 充分溶 胀后 制得 母液 ， 逐 步稀释 配得 不 同浓度 的溶液 ．超 高分 子量 的 直链 聚丙 烯酰 胺 由 中国石化 股份有 限公 司胜 利分公 司 地质科 学研 究 院提供 ， 分 子量 为 ３ ． ６ ７ ￣ １ ０ ， 水 解
因此 ， 改性 聚丙 烯酰 胺 的研 究 引起 了越来 越多 的关 注 ．一 种 新 型结 构 的聚 丙烯 酰 胺 类衍 生 物— — 预 交联 颗粒凝 胶 （ Ｐ Ｐ Ｇ） 的出现 ，给三次 采油技 术带 来 了新 的发展 方 向．Ｐ Ｐ Ｇ是 部分 支 化交 联 的 聚丙 烯
酰胺 ， 它是 将丙 烯酰 胺 、交联 剂及 支撑 剂等 通 过 引发 控 制 聚合 在 一起 ，形 成 星形 或 网 络结 构 ．这种 特 殊 的结构使 其 能够 吸水溶 胀 ， 且溶 胀 后 能够 提 供较 高 的模 量 、较好 的耐 温性 能 和 优 越 的 耐剪 切 性 能 ．
收稿 １ ３期 ： ２ ０ １ ２ － １ ２ － ２ ０ ．
基金项 目：国家科技重大专项项 目（ 批准号 ： ２ ０ １ １ Ｚ Ｘ ０ ５ ０ １ １ － ０ ０ ４ ） 资助．
联系人简介 ： 赵 濉 ，男 ， 研 究 员 ，主 要从 事 胶体 与界 面 化 学 研 究 ．Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ：ｚ ｈ ａ ｏ ｓ ｕ ｉ ＠ｍａ ｉ ｌ ． ｉ ｐ ｃ ． ａ ｃ ． ｃ ｎ
Ｖｏ １ ． ３ ４
２ ０ １ ３年 ６月
高 等 学 校 化 学 学 报
ＣＨＥＭＩ ＣＡＬ Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＩ ＮＥＳ Ｅ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ｍ ＥＳ
ＮＯ ． ６
１ ４ ３ ４ ～１ ４ ４ ０
弛 豫 法 研 究 预 交 联 颗 粒 凝 胶 的 界 面 扩 张 流 变 性 质