Page 31 - 《橡塑技术与装备》2019年8期（4月下半月塑料）

理论与研究 康永·油田用聚丙烯酰胺性能研究

反相乳液聚合物的特性黏度与实验合成过程中引 侧链同时带亲水基团和亲油基团，由于亲油基团和亲
发剂加量，体系 pH 值，聚合反应温度等因素有关。 水基团的相互排斥，使得分子内和分子间的卷曲、缠
大量研究表明，①引发剂含量过高时，聚合物交联点 绕减少，高分子链在水溶液中的排列成梳子形状，因
间的相对分子质量过小，聚合物的黏度降低 ；反之， 此具有较好的抗盐能力和良好的剪切稳定性。
则活性中心较少，聚合速率慢，导致交联度下降，交 MICROG 含有较多的杂质，固含量在 30% 左右，
联点间的相对分子质量过大，聚合物的黏度也减小。 分子量约为 300 万，远远低于 KYPAM-1 和 HPAM，
②聚合体系 pH 较小时，溶液呈酸性，聚合体系中存 因此其水溶液黏度较低 ；当加入盐后，聚合物体系里
+
在大量的羧基负离子，且聚合物分子链上也存在部分 大量存在的羧基负离子与 Na 结合，使得高分子线团
羧基负离子。根据同性相斥的原理，羧基负离子妨碍 间的静电斥力减弱，线团收缩，所以黏度降低。综合
单体与链自由基之间的接近，使聚合反应难以进行， 考虑，梳形聚合物 KYPAM-1 是比较适合的增黏剂，
导致产物的相对分子质量和黏度均较低。随聚合体系 具备较好的抗剪切性和抗盐性。
pH 的增大，溶液逐渐呈碱性，有一部分单体变成羧
2.3 聚丙烯酰胺对钻井液性能的影响
酸盐。由于异性相吸作用，聚合体系中电离的正离子
聚合物溶液的宏观流变性，是指溶液承受的剪切
在羧基负离子周围聚集，形成正离子屏蔽，使得产物
应力与剪切速率之间的相互关系。通常用溶液视黏度
的相对分子质量和黏度增大。③聚合反应的链引发活 [11]
( 表观黏度 ) 随剪切速率的变化关系表示 。钻井液
化能(＞ 100 kJ/mol) 通常较链增长活化能 (20~30 kJ/
的流变性对钻井工程意义重大，加入高分子添加剂可
mol) 高，而链增长通常又是一个放热反应。提高反应
以改善其流变性，有利于携带岩屑，净化井眼，对井
温度可以使反应体系中单体和自由基的扩散速率增快，
壁的冲刷较轻。
从而使得产物特性黏数上升。但聚合反应温度过高，
2.3.1 钻井液配比
聚合体系的黏度降低，易发生暴聚，乳胶颗粒变大，
基 浆： 4% 海水坂土 (178 g 坂土浆 +222 g 海
严重时发生凝胶 [9~10] 。
水)+0.3% 聚丙烯酰胺粉末 (1.2 g)/5% MICROG(20 g) ；
在 实 验 室 条件，我们可以通过寻找最佳配比、
钻井液体系 ： 4% 海水坂土 (178 g 坂土浆 +222 g
引发剂量以及体系 pH 值和反应温度，提高反相乳液
海水 )+0.3% 聚丙烯酰胺粉末 (1.2 g)/5% MICROG(20
聚合物的分子量。目前国内外也致力于研究制备超
g)+2% RS-1(8 g)+3% KCl(12 g)+3% lube(12 g)。
高分子量聚丙烯酰胺，但存在技术及工艺难题，很
2.3.2 基浆性能
难突破。
由表 8 和表 9 可以看出，在基浆或体系中加入
2.2 聚丙烯酰胺的耐盐性 MICROG 热滚 16 h，表观黏度增大，说明它具有很
从表 7 可以看出，随 NaCl 含量增大，KYPAM-1
好的耐温抗盐性，而上述实验中 MICROG 的耐盐性
和 HPAM 溶液黏度逐渐下降，起初幅度较大，然后趋
并不理想，可能在高温热滚过程中，乳液聚合物发
于缓慢，在 NaCl 含量高于 0.7% 后，仍能保持较高的
生交联作用，使其形成网络结构，钻井液黏度增加。
黏度。KYPAM-1 的抗盐性最好，在含盐量为 0.1% 时，
KYPAM-1 和 HPAM 热滚后表观黏度均降低，但降低
黏度维持在 21.2 mPa·s，随着含盐量增加，黏度变化
幅度不大，说明两者具有一定的耐温性 ； KYPAM-1
不大； HPAM 具有一定的抗盐性，当 NaCl 含量达到 1%
在基浆中滚前滚后的黏度均小于 HPAM，但在体系中
后，黏度仍维持在 4 mPa·s 以上 ； MICROG 的抗盐性
却大于 HPAM，可能是梳形聚合物与体系中的降虑失
能很差，在 0.1%NaCl 下黏度就降为 0。
剂和抑制剂有更好的协同作用，使其黏度增大。
表 7 3 种聚丙烯酰胺在不同 NaCl 浓度下的黏度变化
NaCl 浓度 0 0.1% 0.3% 0.5% 0.7% 1.0% 表 8 不同聚丙烯酰胺对基浆性能的影响
KYPAM-1 141.40 21.20 11.40 9.84 7.19 5.78 聚合物名称 AV/(mPa·s) PV/(mPa·s) YP/Pa API/mL
HPAM 101.30 15.80 8.12 6.47 4.69 4.53 滚前 36 25 11
MICROG 6.30 — — — — — MICROG 滚后 56 42 14 6.4
滚前 14.8 9 5.8
KYPAM-1 17.2
KYPAM-1 分子量约为 2 600 万、HPAM 约为 滚后 11.5 8.5 3
2 400 万、MICROG 只有不到 350 万，分子量越高， HPAM 滚前 22.5 12 10.5 11.2
滚后 15.8 14.5 1.25
抗盐性越好 ； KYPAM-1 是梳形聚合物，其高分子的

年
2019 第 45 卷 ·13·