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耐温HPAM凝胶动力学及热稳定性研究

张明锋  
【摘要】:在油田生产中,部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)凝胶体系被广泛地用于暂堵作业中。HPAM凝胶体系通常由HPAM、交联剂以及其它的添加剂组成,其中苯酚/甲醛组成的有机交联剂是最常用的PAM交联剂。但是由于苯酚/甲醛具有高毒性,尤其是其高致癌性,对油藏储层和环境危害大,因此限制了其在暂堵作业中的应用。因此研发环保、低毒、水溶性的非苯酚/甲醛体系的有机交联剂已成为当前急迫的研究课题。 对于特定的交联体系,凝胶时间过快或者过慢,都会对现场施工造成困难。此外,耐温性能差仍然是PAM凝胶最主要的缺陷,水中的溶解氧、二价离子以及过度交联都会影响PAM凝胶的长期耐温稳定性。这都极大地限制了PAM凝胶在油田暂堵中的应用。因此,实现凝胶时间的可控性、提高PAM凝胶的长期耐温性也是亟待解决的问题。 为了研发新型的有机交联剂,本论文考察了苯酚的缩合物-双酚A替代苯酚的可能性。本文首先合成了低毒水溶性的双酚A酚醛预聚体(BPAPR)和四羟甲基双酚A(THMBA),对双酚A酚醛预聚体的合成条件进行了优化;其次以双酚A酚醛树脂和四羟甲基双酚A为交联主剂,以多乙烯多胺或六次甲基四胺(HMTA)为交联促进剂,采用瓶试实验的方法,研究了HPAM与BPAPR/多乙烯多胺、BPAPR/HMTA、THMBPA/多乙烯多胺三种复合交联剂的凝胶动力学,考察了多乙烯多胺种类、温度、pH值、交联剂配比以及盐浓度对凝胶时间和凝胶强度的影响,使凝胶时间在10h~120h范围内可任意调节,实现了凝胶时间的可控;通过室内实验考察了三种凝胶体系在90℃和120℃下的长期稳定性,得到了在90℃~120℃下可稳定存在90天的PAM凝胶;最后以异丁酰胺为模型化合物,采用电喷雾质谱(ESI-MS)法对四羟甲基双酚A/HCHO与酰胺基团的反应产物进行了测定,结果表明异丁酰胺的酰胺基团首先和甲醛反应进行羟甲基化,随后羟甲基化的异丁酰胺和THMBPA进行反应,脱去一分子的甲醛和水,生成Ph-CH_2-NH-C(=O)-结构。


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