石油開(kāi)采中,日益嚴(yán)苛和復(fù)雜的地層條件,如高溫、高礦化度等,對(duì)水溶性聚合物提出了嚴(yán)格的要求。由于反相乳液聚合物具有良好的水溶性、增稠性、懸浮攜砂能力、剪切稀釋性,被廣泛用作乳液變粘壓裂液、滑溜水壓裂液等。
反相乳液聚合物可迅速水溶,避免了傳統(tǒng)胍膠和固體聚丙烯酰胺增稠劑體系前期的配液,適用于現(xiàn)場(chǎng)大液量、大排量的施工模式,有利于降低施工成本。
反相乳液聚合物的生產(chǎn),相對(duì)來(lái)說(shuō),是最難的,主要原因是反應(yīng)組分多,反應(yīng)條件多,溫度控制難度大,條件調(diào)節(jié)的窗口比較小等。下面重點(diǎn)介紹一下,反相乳液聚合的各個(gè)組分。
一、單體
1、烯丙基類單體
對(duì)于反相乳液聚合,常用的單體一般為水溶性的乙烯基單體,如丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等。
2、單體選擇條件
單體可在乳液體系中的增溶溶解,但是不能完全溶解于乳化劑水溶液;
能在發(fā)生增溶溶解的作用溫度下進(jìn)行聚合;
與水或者乳化劑無(wú)任何活化作用,如不水解等。
二、乳化劑
1、乳化劑作用
降低水的表面張力;
降低油水界面張力;
乳化作用;
增溶作用;
發(fā)泡作用;
2、乳化劑類型
陰離子型;陰離子型乳化劑主要有烷基羧酸鹽、硫酸鹽、磺酸鹽和磷酸鹽類等其乳化效果一般與烷基中的碳原子數(shù)量有關(guān),烷基中的碳原子數(shù)越低,水溶性越好,在水中不能形成膠束,乳化能力越弱;碳原子個(gè)數(shù)越多,水溶性差,難以分散在水中,同樣乳化能力也很弱;一般烷基中的碳原子數(shù)量在12~18的乳化劑具有較好的乳化能力。陰離子乳化劑一般需在pH>7條件下使用。
陽(yáng)離子型;常用的陽(yáng)離子乳化劑主要為有機(jī)胺類化合物的鹽類,如脂肪銨鹽,有機(jī)季銨鹽等。此類乳化劑需要在pH<7的條件下使用。但是胺類化合物一般都有阻聚作用,容易發(fā)生副反應(yīng),乳化能力不足,因此在乳液聚合物中很少應(yīng)用。
兩性離子型;兩性離子型乳化劑的分子結(jié)構(gòu)中含有極性基團(tuán),兼有陰陽(yáng)離子基團(tuán),如氨基酸、酰胺硫酸酯類,適用于任何pH值。常用的非離子乳化劑主要有羧酸類、硫酸酯類、磷酸酯類和磺酸類。
非離子型;應(yīng)用最為廣泛。常用的非離子型乳化劑主要有酯類、醚類、胺類、酰胺類等。常用的酯類主要包括聚氧乙烯羧酸酯類、多元醇羧酸酯類(Span系列)和聚氧乙烯多元醇羧酸酯類(吐溫系列)。由于其非離子屬性,對(duì)pH值的變化不敏感,比較穩(wěn)定,耐酸、堿、鹽、電解質(zhì),同時(shí)適用于油包水和水包油型的體系。但是單一的非離子乳化劑乳化能力不足,一般不單獨(dú)使用,通常為兩種以上的復(fù)合乳化劑。但進(jìn)行反相微乳液聚合時(shí),單一非離子型乳化劑親水親油性隨溫度變化,形成微乳液的溫度區(qū)域一般較窄,給微乳液聚合帶來(lái)困難。離子型乳化劑不易受溫度影響,故將少量調(diào)節(jié)親水親油平衡值(HLB 值)的離子型乳化劑與作為主要組分的非離子型乳化劑聯(lián)合使用,可增大微乳液區(qū)的溫度范圍,縮小三相區(qū),既可提高增溶能力,又可增加微乳液穩(wěn)定性。
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