超强吸水树脂(交流材料).docx
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1、型超强吸水树脂深部调驱剂争论与开发沟通材料中原油田分公司采油工程技术争论院二OO 四年七月目录1、前言2、室内争论2.1 型超强吸水树脂深部调驱剂分子构造设计2.2 合成机理争论2.2.1 聚合反响根本原理与高分子化学反响原理2.2.2 原料与化学反响试剂筛选2.2.3 大分子聚合物合成共聚、交联、共混淆步法步骤 超强吸水树脂深部调驱剂合成与评价2.3.1 超强吸水树脂深部调驱剂合成2.3.2 超强吸水树脂作为深部调驱剂的静态评价2.3.3 岩心流淌评价3 现场试验101、前言随着油田开发进入中后高含水期,层间、层内、平面三大冲突日 益突出,堵水调剖的难度越来越大,随着堵水调剖轮次的增加,整体
2、效果渐渐变差。深部调剖调驱技术现场应用证明其效果在提高采 收率和有效期方面明显优于浅调。中原油田现场应用的深部调剖驱剂体系主要为有机聚合物类,分地下交联聚合物和地面预交联凝胶颗粒类两种,地下交联聚合物由于聚合物主剂尚未解决其耐温抗盐性能,交联时间和凝胶强度难以把握等,近几年预交联凝胶颗粒类深部调驱剂由于抑制了交联聚合物的上述缺点,被大量应用于现场,已占主要地位,但目前开发应用的各 种预交联凝胶颗粒由于受中原油田高温高盐地层条件的影响,不能满足现场需要,因此具有优良性能的型超强吸水树脂深部调驱剂的争论被提出。该工程争论的调驱用型超强吸水树脂是一种具有多种吸水性官能团的耐温、抗盐型超强吸水树脂,该
3、吸水树脂由阴离子单体、非 离子单体、阳离子单体、无机溶胶、外表活性剂等在引发剂、交联剂 存在下承受聚合、交联、共混淆步合成,经洗涤、造粒、烘干、粉碎、 筛分等工艺过程加工而成。通过调整单体配比、合成反响条件及加工工艺可得到具有不同吸水倍数、吸水速度、微粒半径和强度的耐温抗钙盐的系列深部调驱用超强吸水树脂。2、室内争论2.1 型超强吸水树脂深部调驱剂分子构造设计调驱用型超强吸水树脂是一种具有很多亲水性功能基团,略微交联不溶于水而又有极高吸水性的功能高分子材料,对超强吸水树脂进展分子构造设计,使所设计的高分子材料的使用性能满足超强吸水 树脂的最终使用性能。设计思路如下:a 通过共聚合法和接枝共聚合
4、法使每一分子链同时带有多种亲水性如:羟基、酰胺基、磺酸基的离子基团和非离子基团;b 选择带有耐温基团的构造单元或在分子链中引入耐高温基团;c 分子链中引入大的支链构造;d 高分子吸水剂与无机水凝胶和颗粒填充剂共混;e 把握交联度。2.2 合成机理争论2.2.1 聚合反响根本原理与高分子化学反响原理 a 聚合反响根本原理聚合反响对合成超强吸水树脂极其重要。聚合反响按反响机理可分为连锁聚合反响和逐步聚合反响。连锁聚合反响一般由链引发、链增长、链终止等基元反响组成。依据链增长的活性中心不同,可将连 锁聚合反响分成自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合和配位聚合。 由于本课题争论的型超强吸水树脂所选的高分
5、子单体均为烯类单体,因此反响以连锁聚合反响中的自由基聚合反响为主。自由基聚合反响也称游离基聚合,是指烯类单体进展自由基链式加成聚合形成高聚物的反响,全称为自由基加成聚合反响。自由基聚 合反响是经光、热、辐射或引发剂的作用,使单体分子活化为活性自由基,按连锁反响的聚合机理进展聚合反响。b 高分子化学反响原理制造型超强吸水树脂深部调驱剂所涉及的高分子化学反响 争论高聚物的化学变化涉及内容格外广泛,一般有高分子的官能团反响;接枝共聚、交联、扩链;降解反响;在机械和温度压力等条 件下的化学变化;高聚物的老化和防老化等等。尤其是高分子的官能团反响;接枝共聚、交联、扩链嵌段合成等是制造型吸水树脂深部 调驱
6、剂,改善产品性能及进展产品成型加工的重要化学根底。化学反响特征:大分子链反响具有不均匀性,由于多种单体参与反响,各种单体含有不同具有反响力气的基团,因而不易分别出单一构造的产物。低分子试剂的集中问题,对于非均项反响,试剂在高分子相内的集中速率对反响程度影响较大,假设在高分子内集中得很好, 则反响与低分子的反响相像,如试剂不能集中进高分子内,则反响只发生在高分子外表上。聚合物的交联反响:聚合物在光、热、辐射或交联剂作用下,分 子链间形成共价键,产生凝胶或不溶物的反响称为交联。吸水性高分子发生交联反响后,强度、弹性、形变、稳定性等大为提高,不容于 水,可以反复使用,因此承受交联剂交联法合成型吸水树
7、脂深部调驱剂,使产品性能满足使用要求。2.2.2 原料与化学反响试剂筛选含亲水性如:羟基、酰胺基、磺酸基基团的不饱和烯烃类单体、引发剂、交联剂、无机溶胶、溶剂等等。2.2.3 大分子聚合物合成共聚、交联、共混淆步法步骤:于反响器中配制设计单体浓度的水溶液;用NaOH 中和至需要pH;参与交联剂、引发剂;参与无机共混物及添加剂;将配制好的待聚合液搅拌均匀后置入恒温水浴中静止反响氮气保 护;将生成的吸水树脂剪碎造粒后高温二次交联得到超强吸水树脂; 超强吸水树脂深部调驱剂合成与评价2.3.1 超强吸水树脂深部调驱剂合成室内争论从8 种含吸水基团的烯烃单体中筛选出3 种分别含有阴离子、非离子和两性离子
8、基团的单体用于合本钱品,承受水溶性引发剂、不饱和烯烃和多元醇类交联剂交联。首先用NaOH 使局部单体转 化为其相应的盐类,再与引发剂、交联剂在确定温度下发生共聚合交 联同步反响合成出型的超强吸水树脂。室内分别考察了中和度、总单体浓度、引发剂及交联剂浓度、单体配比等对合成反响时间和产物 性能影响,通过室内争论确定出油田深部调驱用型超强吸水树脂最 佳配方及合成条件。2.3.2 超强吸水树脂作为深部调驱剂的静态评价试验室合成出三种配方体系的超强吸水树脂,与目前现场应用较多的预交联凝胶颗粒及球型颗粒调剖剂进展各种指标比照评价试验。a 吸淡水力气及吸液速度比照评价分别对一样质量和粒径的吸水树脂和比照样品
9、用蒸馏水浸泡,初期每隔 1h 控干水分称重,之后渐渐延长称重时间,直至恒重,称重后的单位为g,试验结果如下:表 1 合成树脂与预交联产品吸淡水力气比照评价浸泡时间h比照样品1比照样品2比照样品3比照样品4比照样品5合成树脂1合成树脂2合成树脂3176.5776.0727.3752.437.9350.3920.3717.862128.6138.0965.3284.0866.48111.9354.1941.983175.59197.87106.12114.4381.75182.52112.9779.796194.15246.98166.33118.1781.65303.59240162.98719
10、4.37257.25193.25128.2591.82311287232.1717160.96249.15211.67113.6679.4140637631024159.07246.8263.44115.7675.0442940034241153.34235.21251.56123.8167.594664313644884.53126.07169.7489.6460.1147143837066.274.65101.17141.4377.6757.7468429371从试验结果可知,合成树脂吸淡水力气远远高于各种比照样品, 但吸水速度又大大低于对各种比样品,各种比照样品膨胀速度快到达膨胀最高值时
11、间小于5h,在膨胀倍数到达最高后消灭明显脱水或溶解现象,使吸水颗粒体积缩小,重量减轻。b 吸盐水力气及吸液速度比照评价分别对一样质量和粒径的吸水树脂和比照样品用 10g/lNaCI 盐水浸泡,初期每隔 1h 控干水分称重,之后渐渐延长称重时间,直至恒重,称重后的单位为g,试验结果如下:表 2 合成树脂与预交联产品吸盐水力气比照评价浸泡时间 h比照样品 1比照样品 2比照样品 3比照样品 4比照样品 5合成树脂 1合成树脂 2合成树脂 3113.8517.595.9716.1210.5914.3111.6310.16219.1323.319.4918.1214.2224.1919.8115.32
12、321.3628.3111.6220.5114.6930.5225.9919.86622.9732.1716.8322.3416.2537.73426924.5634.4819.6525.6520.3940.637.5301225.2635.0122.0622.3318.394338.3332425.8132.5525.6521.6118.1551.947.439.44825.8433.3329.3224.0117.360.754.7445726.9233.7930.523.4417.7660.555.644.87225.7630.530.7823.9119.4661.657.446.5802
13、4.1831.463020.4915.346256.546从试验结果可知,合成树脂吸盐水力气远远高于各种比照样品, 但吸水速度又大大低于对各种比样品。c 高温稳定性评价将合成吸水树脂1g 用文一联注入水总矿化度:109889mg/l, Mg2+:359 mg/l、Ga2+:4340 mg/l浸泡密封后分别置放于不同温度的恒温箱中长期考察颗粒完整性。表 3 合成吸水树脂耐高温力气评价时间70 80 100 110 130 d颗粒完整性颗粒完整性颗粒完整性颗粒完整性颗粒完整性0.5好好好好好1好好好好好3好好好好好10好好好好好20好好好好好30好好好好好50好好好好好70好好好好好90好好好好好
14、d 高温抗矿盐力气评价分别将比照样品及合成吸水树脂1g 用文一联注入水总矿化度:109889mg/l,Mg2+:359 mg/l、Ca2+:4340 mg/l浸泡密封后置放于100的恒温箱中考察吸水后体积的变化。体积的单位为ml。表 4高温耐矿盐比照评价时间 h比照 1 预交联比照 2 预交联比照 3 预交联比照 4 球型颗粒合成树脂1合成树脂2合成树脂30111111111119101112161569241520283029248301420405036488301413555840726261465560399662010453614116851483515539288410535055
15、384084652.55055385523642.5505538由试验可知,四种比照样品试验初期吸水膨胀,但随着时间的延长,颗粒明显脱水收缩,体积缩小最高到达87.5%,表现出在高温条件下耐矿盐力气较差;合成树脂吸水膨胀到达饱和时间较各种比照样 品长,吸水膨胀到达饱和后合成树脂也略有脱水现象,体积缩小不到10%,说明合成树脂具有较好的高温耐矿盐力气。e 抗二价金属离子力气评价将合成树脂分别浸泡于不同浓度0、1.0g/l、2.0g/l、3.0g/l、4.0g/l、5.0g/l的 CaCI2变化。溶液中,分别测定吸水膨胀倍数随时间的表 5二价金属离子对吸水树脂吸水力气的影响浓度(g/l吸水树脂 1
16、膨胀倍数g/g吸水树脂 2膨胀倍数g/g1.061.7653.722.057.1250.13.054.948.974.052.747.655.05247.24表 6 二价金属离子对吸水膨胀速度的影响时间h1.0g/l 浓度膨胀倍数g/g3.0g/l 浓度膨胀倍数g/g5.0g/l 浓度膨胀倍数g/g124.5616.3813.82233.6319.5616.96539.132.628.72351.7646.3442.34861.7654.9527261.1454.6351.9由试验可知,吸水树脂具有较强的耐二价金属离子的力气,在总 二价金属 1.0g/l5g/l 的范围内保持较高的吸水膨胀倍数
17、;吸水树脂的吸水膨胀倍数随二价金属离子浓度的增加而略有下降,但下降幅度 不大,对吸水膨胀速度的影响不显著。f 抗剪切力气评价将合成树脂用10.0g/lNaCI 盐水配制成5.0g/l 的溶液,待72h 吸水到达饱和后,在常温、60r/s 的转速下高速剪切30min,观看颗粒的完整性较好,说明合成树脂的抗剪切力气很好g 油水选择性评价将吸水树脂1g 分别浸泡于10.0g/lNaCI 盐水和煤油中,浸泡煤油中的合成树脂定期取出控干油后称重;浸泡于 10.0g/lNaCI 盐水中的吸水树脂待72h 吸水到达饱和后取出,滤干水分并称重后重浸泡于煤油中,定期取出控干油后称重,称重后的单位为g,考察吸水树
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