逐层组装聚合物凝胶暂堵剂的制备与性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuanpeihai
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聚合物凝胶因具有特殊的吸水堵水性及结构和性能的可调控性,被研发成为一种极具应用潜力的新型暂堵剂,具有堵水和驱油双重功能,是当前压裂暂堵剂研究的重要方向和热点。本文以丙烯酰胺和丙烯酸为共聚单体,运用传统的溶液聚合和纳米复合技术制备出具有特殊堵水性能的P(AA-AM)/MMT聚合物复合凝胶暂堵剂,并将其作为堵水基体材料。采用自组装技术,辅以具有温敏、相变功能的材料组装成不同的表面层,制备出具有多级结构的聚合物功能复合凝胶暂堵剂,在有效保持复合凝胶暂堵剂的承压强度、封堵能力及堵水性能的基础上,大幅度提高了暂堵剂在岩心中的运移特性及稳定性,并赋予暂堵剂结构的智能可控性。研究了制备工艺及组成对复合凝胶暂堵剂吸水性能的影响。考察了聚合物复合凝胶暂堵剂黏度和老化时间随不同组分含量的变化关系。分析了聚合物复合凝胶暂堵剂吸水倍率与不同影响因素(时间、温度及矿化度)之间的关系;揭示了其结构组成与堵水性能之间的关系,在此基础上,从暂堵剂结构、组成及功能化设计入手,发展了两类具有良好运移特性及稳定性的多级结构智能复合凝胶暂堵剂。(1)以丙烯酰胺(AM)、一定中和度的丙烯酸(AA)和蒙脱土(MMT)为原料,硝酸铝为离子交联增强剂,过硫酸钾为引发剂,利用溶液聚合和纳米复合技术成功制备出P(AA-AM)/MMT聚合物复合凝胶暂堵剂。以老化时间和吸水率为主要考查对象,系统的考察了离子交联增强剂含量、引发剂含量、蒙脱土含量、丙烯酰胺和丙烯酸成分的添加量以及丙烯酸与氢氧化钠配料比对其产生的影响。在实验室自主模拟油藏地层的环境条件,结果表明:通过实验优化,获得的各影响因素的最佳条件为:n Al(NO3)3/n AM=0.17%;n K2S2O8/n AM=1.65×10-4;n AA/n AM=0.825;丙烯酸的中和度为:80%,反应时间为3 h,反应温度为65℃。(2)以聚丙烯酰胺基复合凝胶暂堵剂作为堵水基础材料,将具有感温相变功能的聚己内酯(PCL)为表面修饰层材料,采用自组装技术,通过聚多巴胺(PDA)的二级反应修饰平台,成功制备出了表面具有感温吸水开关的多级结构P(AA-AM)/MMT@PCL聚合物功能复合凝胶暂堵剂。研究了结构及组成对复合凝胶暂堵剂吸水性能的影响。考察了聚合物复合凝胶暂堵剂黏度和老化时间随不同组分含量的变化关系。分析了聚合物功能复合凝胶暂堵剂吸水倍率与不同影响因素(时间、温度及矿化度)之间的关系;揭示了其结构组成与堵水性能之间的关系。结果表明:PCL的含量是2%(w)时,吸水性能呈现最优状态。其吸水倍率与温度在一定的时间内呈正相关趋势,且具有较高的耐盐性能。所制备的多级结构聚合物功能复合凝胶暂堵剂具有延迟吸胀性能,并赋予了暂堵剂结构和堵水特性的智能可控性。因此暂堵剂在地层中具有良好的运移特性和稳定性,可运移到深部或边角区域实现暂堵功能。(3)利用聚多巴胺(PDA)的二级反应修饰平台,采用自组装技术,将具有疏水特性的石蜡(C25H52)组装在聚丙烯酰胺基复合凝胶暂堵剂表面,成功制备出了具有低温疏水、高温消溶表面的多级结构P(AA-AM)/MMT@C25H52聚合物功能复合凝胶暂堵剂。研究了结构及组成对复合凝胶暂堵剂吸水性能的影响。考察了聚合物复合凝胶暂堵剂黏度和老化时间随不同组分含量的变化关系。分析了聚合物复合凝胶暂堵剂吸水倍率与不同影响因素(时间、温度及矿化度)之间的关系;揭示了其结构组成与堵水性能之间的关系。结果表明:石蜡的含量是4%(w)时,其吸水性能呈现最优状态。其吸水倍率与温度在一定的时间内呈正相关趋势,且具有较高的耐盐性能。所制备的多级结构聚合物功能复合凝胶暂堵剂具有低温疏水、高温消融表面,该表面层的存在赋予了复合凝胶暂堵剂延迟吸胀性能以及吸水堵水功能的可控性和稳定性。因此该暂堵剂在地层中具有良好的运移特性和稳定性,可运移到深部或边角区域实现暂堵功能。
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