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聚丙烯酰胺溶液粘度的影响因素

发布时间 2020-11-02 02:08

  聚丙烯酰胺溶液粘度的影响因素20o5 月孙红英等.聚丙烯酰胺溶液粘度的影响因素聚丙烯酰胺溶液粘度的影响因素 孙红英陈红祥李金波舒欣欣郑茂盛 (西安交通大学材料科学与工程学院,西安710049) 摘要考察了温度,聚丙烯酰胺(PAM)含量及亚铁离子对聚丙烯酰胺溶液粘度的影 果表明,随着温度升高,聚丙烯酰胺水溶液剪切粘度随之下降,剪切粘度对数与温度的倒数符合线 性关系;随 PAM 含量的增加,PAM 溶液剪切粘度随之增加;PAM 溶液中加人 10mg?L 一亚铁离子,会 引起 PAM 大分子降解,相对分子质量降到原来的 1/7,导致 PAM 溶液剪切粘度大 幅度下降. 关键词聚丙烯酰胺剪切粘度链缠结氢键 在石油开采业中,由于聚丙烯酰胺(PAM)能 增加注人水的粘度,改善油水流度比,扩大水驱波 及效率,降低地层中水相渗透率,从而提高石油采 收率,因而它在三次采油中发挥着极其重要的作 PAM的特点是增粘,抗微生物侵蚀及热稳定性较好,但其耐温,抗盐,抗剪切性差,且存在着一 定的化学降解性引.聚丙烯酰胺稀溶液粘度受 许多因素的影响,如温度,PAM含量,矿化度,相 对分子质量等,笔者从模拟地层条件的角度,包括 地层温度,地层水的矿化度,剪切等条件,考察了 温度,PAM含量及亚铁离子对聚丙烯酰胺稀溶液 粘度的影响. 实验部分1.1 仪器和试剂 NXS 一11A 型旋转粘度计:成都仪器厂制造; 稀释型乌氏粘度计. 聚丙烯酰胺:相对分子质量9.8610,大连 广汇化学有限公司制造;溶剂:长庆油田采油二厂 悦22 区注水站注人水,pH6.50,矿化度6g?L~, 各种离子含量见表1. 悦22注水站水源水无机离子含量 注:1/2M表示单位电荷. 1.2 聚丙烯酰胺溶液的配制 按照GB12005.2—89 测定聚丙烯酰胺样品固 含量l4J,根据聚丙烯酰胺固含量要求,称取一定量 的固体聚丙烯酰胺,逐渐加人水源水或去离子水, 将样品溶解,静置一段时间,使样品溶解均匀,分 别配制成不同含量的聚丙烯酰胺溶液. 1.3 剪切粘度的测定 剪切粘度用成都仪器厂生产的NXS 一11A 旋转粘度计测定,所用夹具为同心圆筒,测试温度(30.0 士0.1),剪切速率范围在11000s~. 1.4 特性粘数的测定 采用GB1632—1993 规定的稀释型乌氏粘度 计,用逐步稀释法测定聚丙烯酰胺在1tool?LI1 结果与讨论2.1 温度对PAM溶液粘度的影响 由于温度是分子无规则热运动激烈程度的反 映,分子的运动必须克服分子间相互作用力,而分 子间的相互作用,如分子问氢键,内摩擦,扩散,分 子链取向,缠结等,直接影响粘度的大小,故高聚 物溶液的粘度会随温度发生变化. 实验选取聚丙烯酰胺含量分别为0.25%, 0.5%和1.0%的水源水溶液,考察温度变化对不 同含量的聚丙烯酰胺水溶液剪切粘度的影响, 并分别将剪切粘度的对数(In.)对温度的倒数作 图,线性回归后,分别得到如图1—3 所示的关系. 收稿日期:2005~4—21. 作者简介:孙红英,西安交通大学硕士研究生,主要从事 高分子材料研究. 2AANC 图10.25%聚丙烯酰胺溶液lnt/. 与1/之间的关系 图20.5%聚丙烯酰胺溶液 lnt/. 与1/之间的关系 图31.0%聚丙烯酰胺溶液In 与1/之间的关系由图可见,随着温度升高,3 种不同含量的聚 丙烯酰胺水溶液剪切粘度都随之下降.由于温度 升高,分子运动加快,分子间氢键被破坏,分子链 解缠结,因而溶液剪切粘度降低.同时,从上图可 见,不同含量的聚丙烯酰胺溶液的剪切粘度对数 (In7)与温度倒数(1/T)之间符合线性关系.因 此,聚丙烯酰胺溶液的表观粘度与温度之间可用 Arrhenius 经验公式表示: 7=Aexp(E/RT)(1) 式中,A为与结构相关的常数,E 为摩尔气体常数,为绝对温度.这表明在实验温度范围内,E 不随温度而 改变.由斜率可求得粘流活化能(E),由截距 可求得A,再将不同含量的PAM与粘流活性能 (E)之间的关系列入表2. 不同含置PAM与AE之间的关系 PAM含量.%AE/kJtool O.25 O.5O 1.00 20.67 22.49 15.49 可以看出,粘流活化能随PAM含量的变化而变化.当PAM含量较低时,粘流活化能随 PAM含量增大而增大,因为PAM含量越大,分子 间作用力越大,链段发生运动所需克服的能量越 大;但当PAM含量再继续增大时,分子链缠结程 度也增大,导致部分大分子链由于旋转剪切而发 生降解,反而造成粘流活化能降低. 2.2PAM含置对PAM溶液粘度的影响 在温度21条件下,分别测定不同含量的粉 状聚丙烯酰胺去离水溶液和水源水溶液的剪切粘 度,并将PAM含量对PAM溶液剪切粘度的影响 可见,聚丙烯酰胺溶液的剪切粘度随PAM含量的增大而增大.这是由于高分子溶液 的粘度由分子运动时分子间的相互作用产生.当 聚合物相对分子质量约为10 时,高分子线团开 始互相渗透,足以影响对光的散射.含量稍高时 机械缠结足以影响粘度.含量相当低时,聚合物 溶液可视为网状结构,链间机械缠结和氢键共同 形成网的节点.含量较高时,溶液含有许多链一 2005 月孙红英等.聚丙烯酰胺溶液粘度的影响因素3链接触点,使PAM溶液呈凝胶状 l5].因此,聚丙 烯酰胺含量越大,分子间作用越强烈,而且聚丙烯 酰胺的相对分子质量愈大,分子间愈易形成链缠 结,溶液的粘度更大. 2.3 亚铁离子对PAM溶液粘度的影响 在聚丙烯酰胺水源水溶液中加入亚铁离子, 其浓度为10mg?L~,用旋转粘度计分别以 260minI1 和360minI1 转速测得溶液在不同时间的 剪切粘度,并将粘度随时间变化趋势绘制成图5. 含Fe2的PAM水源水溶液 粘度随时间变化图 可见,加入10mg?LI1的亚铁离子后粘 度一直下降,70min 下降了42.2%,而且过夜后粘 度仍在下降,但下降幅度变小.经对聚丙烯酰胺 相对分子质量的测定,发现加入亚铁离子后,PAM 相对分子质量是加入前的1/7,判断PAM溶液粘 度下降的原因是亚铁离子引起PAM大分子的降 解,但前面表1 水源水无机离子含量分析报告中, 并没有Fe 含量,因此,在今后分析PAM溶液粘 度下降原因时,必须考虑亚铁离子的影响因素. 结论(1)随着温度的升高,聚丙烯酰胺溶液的剪切 粘度随之下降,并且发现含量为0.25%,0.5%和 1.0%的聚丙烯酰胺溶液的剪切粘度对数与温度 倒数之间都满足线)随着聚丙烯酰胺含量的增大,分子间相互 作用增强,分子间越容易形成链缠结,因此聚丙烯 酰胺溶液剪切粘度不断增大. (3)浓度为10mg?LI1 亚铁离子加入聚丙烯酰 胺溶液中,会引起聚丙烯酰胺大分子的降解,使聚 丙烯酰胺相对分子质量减小80%以上,导致聚丙 烯酰胺溶液的剪切粘度大幅度下降. 参考文献 廖广志,孙刚,牛金刚等.北京大学(自然科学版).2003,39 (6):815~822 王玉普,罗健辉,若颖等.化工进展,2003,22(3):271~274 YenHsingyuan.YangMuhoe.PolymerTesting,2003.22:389~393 张凤莲,陈九顺.聚丙烯酰胺固含量测定方法.GB12005.2 严瑞碹主编.水溶性高分子.北京:化学工业出版社,1998.86 TheFactorsInfluencingtheViscosityofPolyacrylamideSolution SunHongyingChenHongxiangLiJinboShuxinxinZhengMaosheng (SchoolofMaterialsScienceandEngineering,XianJiaotongUniversity,Xian710049) AbstractTheeffectsoftemperature,concentrationofpolyacrylamideandFeontheviscosity ofthepolyacry- lamidewereexamined.Theresultsshowedthattheshearviscosityofthepolyacrylamidesolu tiondecreasedwiththe increaseofthetemperature,furthermoretherelationbetweenInaofpolyacrylamidesolution and1/Tconsistedwith theArrheniusequation.Theshearviscosityofthepolymersolutionincreasedwiththeincreas eofpolyacrylamide content.Ithasbeenf0undthatFe2+addedtopolyacrylamidesolutioncauseddegradationofp olyacrylamidemacro- moleculeandthesharpdroppingoftheshearviscosityofthepolyacrylamidesolution. KeyWordspolyacrylamide,shearviscosity,entanglementofpolymerchain,hydrogenbond 欢迎订阅2006 年《精细石油化工进展》

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