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辛酸異戊酯替代白油制備壓裂液用增稠劑可行性研究
來源： 《日用化學(xué)工業(yè)（中英文）》 瀏覽 126 次 發(fā)布時(shí)間:2024-12-13
摘要：反相乳液聚合過程中通常采用飽和烷烴的混合物白油作為分散介質(zhì)，但是白油在使用過程中會存在污染環(huán)境的問題。
本文以可降解化合物辛酸異戊酯替代了部分白油作為混合油相，丙烯酰胺(AM)和丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DAC)為單體，通過反相乳液聚合法合成了W/O型聚丙烯酰胺-丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(P(AM-DAC))，通過~1H NMR、FT-IR和SEM對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征?？疾炝巳榛瘎┯昧亢托了岙愇祯ビ昧繉︻A(yù)乳液穩(wěn)定性、黏度和油-水界面張力的影響，引發(fā)劑用量和反應(yīng)溫度對P(AM-DAC)水溶液黏度的影響。
結(jié)果表明:當(dāng)乳化劑用量為10%，辛酸異戊酯用量為50%時(shí)，引發(fā)劑用量為0.8%，反應(yīng)溫度為38℃時(shí)，P(AM-DAC)水溶液黏度達(dá)到最大值，為129 mPa·s。考察了P(AM-DAC)與以白油作為油相合成的聚丙烯酰胺-丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(P(AM-DAC)-W)的性能對比，P(AM-DAC)和P(AM-DAC)-W的粘均分子量分別為5.019×10~6和5.045×10~6；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的水溶液黏度分別為129和132 mPa·s；當(dāng)Na+質(zhì)量濃度為3000 mg/L時(shí)，1%的水溶液黏度分別為65和67 mPa·s；在90℃，170 s-1剪切速率下持續(xù)剪切45 min后，1%的水溶液黏度分別為36.9和43.1 mPa·s；陶粒在1%的水溶液中的沉降速度分別為0.049和0.053 mm/s；破膠液表面張力分別為27.8和28.9 mN/m；殘?jiān)糠謩e為1.63和1.76 mg/L。
該研究表明辛酸異戊酯代替部分白油制備壓裂液用增稠劑是可行的，不僅不影響增稠性能，而且對耐鹽、耐溫耐剪切、攜砂、破膠和殘?jiān)康刃阅軟]有造成明顯的影響。
隨著油氣資源的持續(xù)開采，壓裂技術(shù)已成為改造儲層的一種重要方法。由于價(jià)格低、施工方便以及性能優(yōu)異，水基壓裂液的應(yīng)用最為廣泛。增稠劑是水基壓裂液體系的重要組分。將少量的增稠劑加到體系中，可以大幅提高體系的黏度使其達(dá)到工藝要求。增稠劑按照來源分為天然高分子增稠劑和合成高分子增稠劑，由于天然高分子增稠劑不耐生物降解、殘?jiān)枯^高且對儲層傷害較大，使其應(yīng)用受到了限制。
合成高分子增稠劑由于其增稠能力強(qiáng)、殘?jiān)康颓覍觽^小等優(yōu)點(diǎn)，成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。
聚丙烯酰胺（PAM）增稠劑在水基壓裂液中廣泛使用，其結(jié)構(gòu)單元中含有酰胺基，易形成分子內(nèi)和分子間氫鍵，使其具有較好的水溶性。反相乳液聚合是一種具有高聚合速率和高相對分子量聚合產(chǎn)物的聚合方法，是制備PAM增稠劑的常用方法。聚合過程中，通常采用飽和烷烴白油作為分散介質(zhì)，形成油包水（W/O）乳液。董振華以白油作為油相，丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮為單體，通過反相乳液聚合法合成了聚合物增稠劑DQVIS。但是白油為飽和烷烴的混合物不可降解，在使用過程中會對土壤及水環(huán)境產(chǎn)生污染。
辛酸異戊酯是一種存在于香蕉中的天然產(chǎn)物，只含有兩個(gè)5~7個(gè)碳的長鏈烷基和一個(gè)酯基，常被用作配制各種水果型香精及朗姆酒、白蘭地等酒用香精，是一種可降解型化合物。Api等人對辛酸異戊酯作為日用香料的安全性能進(jìn)行了評價(jià)，結(jié)果表明，該物質(zhì)對生物的毒性較低。本研究提出以辛酸異戊酯代替部分白油作為油相，以丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨為單體，通過反相乳液聚合法合成W/O型聚丙烯酰胺-丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（P（AM-DAC））。
該研究選擇綠色環(huán)保的分散介質(zhì)取代白油，對于油氣開采的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，同時(shí)在分子結(jié)構(gòu)中引入陽離子基團(tuán)，增加分子鏈對水中的金屬陽離子的排斥作用，同時(shí)減弱水中的金屬陽離子與分子鏈上陰離子的電價(jià)鍵作用，從而提升聚合物的耐鹽性能。