摘 要 : 以 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 (AMPS) 和丙烯酰胺 (AM) 為原料 ,以過硫酸銨2亞 硫酸氫鈉氧化還原體系為引發(fā)劑 ,采用水溶液聚合的方法合成了一種 AMPS/ AM 共聚物 固井降失水劑 ,并優(yōu)化了聚合反應(yīng)條件 ,對產(chǎn)物的固井降失水效果進(jìn)行了室內(nèi)評價。結(jié)果 表明 ,所合成的共聚物具有較好的固井降失水效果 ,抗鹽、抗高溫能力強 ,在淡水、鹽水中 具有良好的降濾失作用。
關(guān)鍵詞 : 22丙烯酰胺222甲基丙磺酸 ; 丙烯酰胺 ; 降失水劑 ; 共聚物
2-丙烯酰胺2-甲基丙磺酸 (AMPS) 的分子式 為 C7H13NO4S ,相對分子質(zhì)量為 207. 3 ,常溫下是 一種極易吸濕、具有酸味的白色結(jié)晶或粉末 ,熔點 185 ℃。由于其分子結(jié)構(gòu)中具有不飽和雙鍵 ,并具 有強陰離子性和親水性官能團磺酸基 ,使其具有 良好的水溶性 ;由于 SO3 H 電荷密度大 ,水化性 強 ,并且在負(fù)離子 SO -3 中 2 個π鍵和 3 個強電 負(fù)性氧原子共享一個負(fù)電荷 ,使 SO -3 穩(wěn)定 ,對 外界陽離子的進(jìn)攻不敏感 ,故 AMPS 有很好的抗 鹽性 ;羰基氧的高電荷使 AMPS 具有良好的吸附性和絡(luò)合性能[1～5 ] 。 AMPS 共聚物不僅可用于陸地和海上油田鉆 探 ,而且可以與其它類型的油田化學(xué)品配合使用 , 廣泛應(yīng)用于鉆井液、完井液、3 次采油和污水處理 等方面。AMPS 共聚物主要具有抗溫性、抗水解 性、抗鹽性、疏水締合性 ,使其在高溫、高鹽油層的 鉆探環(huán)境中具有更多的優(yōu)點。 本工作在文獻(xiàn)[ 6 ]基礎(chǔ)上研究了 AMPS/ AM 共聚物的降失水性能對合成條件的依賴性 ,并對 AMPS/ AM 共聚物降失水劑進(jìn)行了性能評價。
1 實驗部分
1. 1 原料
2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 (AMPS) ,壽光泓創(chuàng)環(huán)保科技有限公司 ;丙烯酰胺 (AM) ,天 津市化學(xué)試劑研究所 ,用前經(jīng)減壓蒸餾 ;過硫酸 銨、亞硫酸氫鈉、氫氧化鈉、N ,N2亞甲基雙丙烯酰 胺均為分析純。
1. 2 AMPS/ AM 共聚物的合成
將計量 AMPS 溶于適量的水中 ,加入 250 mL 三頸反應(yīng)瓶 ;用質(zhì)量分?jǐn)?shù) 20 %的氫氧化鈉溶 液將體系 p H 值調(diào)至 615 ; 然后加入一定量的 AM ,攪拌溶解后升溫至 50 ℃;再依次加入過硫 酸銨/ 亞硫酸氫鈉作為引發(fā)劑 ,N ,N2亞甲基雙丙 烯酰胺作為交聯(lián)劑 ,不斷攪拌下反應(yīng) 5～10 min 得到凝膠狀產(chǎn)物 ;在 50 ℃恒溫水浴中靜止反應(yīng) 2～3 h ,將 反 應(yīng) 產(chǎn) 物 取 出 , 烘 干 , 粉 碎 后 即 得 AMPS/ AM 共聚物。
1. 3 降失水性能測試
1. 3. 1 基漿配制
淡水基漿 :1000 mL 水 + 013 %純堿 + 4 %膨 潤土 ;鹽水泥漿 :4 %膨潤土 + 4 %NaCl ;飽和鹽水 泥漿 :飽和鹽水中加 4 %抗鹽土(以上用量均為質(zhì) 量分?jǐn)?shù)) 。 1. 3. 2 性能測試 用 ZNN2D6 型六速旋轉(zhuǎn)粘度計測定鉆井液 的流變參數(shù) ,用 ZNS 型鉆井液失水儀測定鉆井液 的濾失量 ,以濾失量的大小評價產(chǎn)品的降濾失能 力。
2 結(jié)果與討論
2. 1 單體配比與粘度的關(guān)系
在其他反應(yīng)條件相同的情況下 ,恒定 AMPS 和 AM 單體總摩爾數(shù) ,改變 AMPS 和 AM 的摩爾 比 ,單體配比與產(chǎn)物粘度的關(guān)系見圖 1。從圖中 可以看出 ,隨著 AMPS 用量的增加 ,AMPS/ AM 共聚物的粘度增加 ,到達(dá)一個最大值 35 %后降 低。
2. 2 引發(fā)劑用量與粘度的關(guān)系
在其他反應(yīng)條件相同 ,AMPS 的摩爾分?jǐn)?shù)為 35 % ,引發(fā)劑的用量對產(chǎn)物粘度的影響見圖 2。 圖 2 表明 ,隨著引發(fā)劑用量的增加共聚物的特性 粘度減小 , 當(dāng)引發(fā)劑的量超過單體總質(zhì)量的 016 %時 ,產(chǎn)品的特性粘度趨于一定。在聚合中 ,引發(fā)劑用量太少 ,反應(yīng)時間長且聚合不均勻 ,引發(fā) 劑用量過多 ,則產(chǎn)生引發(fā)的活性點太多 ,產(chǎn)物分子 量小且反應(yīng)速率快 ,難以控制 ,甚至引起暴聚。
2. 3 單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)與粘度的關(guān)系 在其他反應(yīng)條件相同 ,AMPS 的摩爾分?jǐn)?shù)為 35 % ,引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù) 016 % ,總單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)對 產(chǎn)物粘度的影響見圖 3。圖 3 表明 ,隨著單體質(zhì) 量分?jǐn)?shù)的增加 ,產(chǎn)物的特性粘度變化不大 ,單體質(zhì) 量分?jǐn)?shù) 30 %時粘度最大 ,超過 65 %時易發(fā)生暴 聚 ,且反應(yīng)不易控制。
2. 4 AMPS/ AM 共聚物的紅外光譜圖
圖 4 是 AMPS/ AM 共聚物的紅外光譜圖。 圖中波譜分別表征 :3471cm - 1有 NH2的特征吸 收峰 ,2940 cm - 1有 CH3的特征吸收峰 ,1676、 1561 cm - 1 有 CONH 的 特 征 吸 收 峰 , 1220、 1117、1045 cm - 1有 SO - 1 3 的特征吸收峰 ,并且 在 1635～1620 cm - 1處未見碳碳雙鍵的特征吸收 峰 ,表明兩種單體充分進(jìn)行了共聚反應(yīng)。 圖 4 AMPS/ AM 共聚物的紅外光譜圖
2. 5 AMPS/ AM 共聚物的固井降失水效果評價 2. 5. 1 AMPS/ AM 共聚物對固井泥漿降失水效 果的影響 AMPS/ AM 共聚物對淡水泥漿 ,鹽水泥漿 , 飽和鹽水泥漿的降失水性能的影響見表 1。表 1 表明 ,AMPS/ AM 共聚物在本試驗條件下對淡水 泥漿、鹽水泥漿、飽和鹽水泥漿均有良好的降失水 性 ,效果隨加入量的增加而提高。 表 1 不同泥漿對共聚物降失水效果的影響
2. 5. 2 溫度變化對 AMPS/ AM 共聚物降失水效 果的影響
溫度對 AMPS/ AM 共聚物降失水效果的影響見 圖 5。由圖 5 表明 ,AMPS/ AM 共聚物具有較強 的抗溫能力 ,在不同泥漿中抗溫能力有所差別。 用 AMPS/ AM 共聚物處理的淡水泥漿和飽和鹽 水泥漿經(jīng) 200 ℃×16 h 老化后濾失量仍較低。 圖 5 溫度變化與濾失量的關(guān)系
3 結(jié) 論 AMPS/ AM 共聚物降失水劑的降失水性能 對合成條件具有較強的依賴性 ,當(dāng)單體中 AMPS 摩爾分?jǐn)?shù)約為 35 % ,引發(fā)劑用量約為單體總質(zhì)量 的 0. 6 % ,總單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為 30 %時 ,所得產(chǎn)物 對固井液的降失水效果最好。AMPS/ AM 共聚 物降失水劑抗鹽性 ,降失水性和熱穩(wěn)定性好 ,且具 有良好的協(xié)同增效作用 ,作為固井液處理劑在淡 水、鹽水和飽和鹽水固井液中均具有較強的降失 水性。