聚丙烯酰胺/苯酚/间苯二酚/甲醛有机交联体系交联机理及动力学研究

【摘要】：聚丙烯酰胺驱油剂目前面临一大难题:耐温抗盐性能较差,难以满足高温高盐油藏驱油的需要。聚丙烯酰胺与酚类/甲醛有机交联剂反应,在分子链中引入了苯环,使凝胶具有很好的耐温抗盐性是应用最为广泛的驱油剂之一。本文主要研究了聚丙烯酰胺有机交联体系的交联动力学和交联机理及其流变行为,以根据地层需要控制凝胶生成的种类,为驱油现场提供理论指导,增大石油采油率。 采用粘度剂法和静态激光光散射法测定了MO4000的粘均分子量Mη和重均分子量Mw,分别为3.013*10~7和1.514*10~7;采用元素分析法分析了聚合物纯度,其中C的含量36.94%、H的含量6.96%、N的含量10.39%、S的含量为0。 本文采用丙酰胺作为模型化合物,设计出总反应的七条反应路线:①苯酚/甲醛②间二酚/甲醛③丙酰胺/甲醛④苯酚/间二酚/甲醛⑤丙酰胺/苯酚/甲醛⑥丙酰胺/间二酚/甲醛⑦丙烯胺/苯酚/间二酚/甲醛;采用高效液相色谱做为表征手段,分别研究了七个反应体系的交联机理和交联动力学。拟合得到苯酚/甲醛的反应速率常数k_1=1.072810~(-5)L/mol*s;间苯二酚/甲醛的反应速率常数为k_2=7.65*10~(-5)/mol*s;丙酰胺/甲醛体系的反应速率常数为k_3=6.8778*10~(-6)L/mol*s。酚类的速率常数比Malhotra(Malhotra H. C, 1976)在文献中报道、酚类/甲醛在80℃、pH=6.00时的反应速率常数值7.11*10~(-6)L/mol*s大一个数量级。这是由于反应条件不同造成的。通过七条反应路线反应动力学的测定,最后推导出丙酰胺/苯酚/间二酚/甲醛的交联机理为: 苯酚+甲醛→羟甲基酚 k_1 间苯二酚+甲醛→羟甲基酚 k_2 丙酰胺+甲醛→羟甲基丙酰胺 k_3 羟甲基丙酰胺+羟甲基酚→交联产物 K k_2k_1k_3,第三步为决速步。 最后用流变学法研究了交联剂浓度、聚合物浓度和反应温度对聚丙烯酰胺/苯酚/间二酚/甲醛体系胶凝过程中复数粘度、稳态粘度和动态粘度的影响。不同温度下动态粘度的对数lnη(t)对温度的倒数1/T作图,求得粘流活化能为90.6kJ。