聚合物智能纳米微球调驱剂的研究

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智能纳米水凝胶不仅具有刺激响应性,还具有响应速度快、生物相容性好等特点,因此被广泛应用于药物输送与可控释放、细胞培养基、生物组织修复材料、酶的固定化等方面,并在石油的三次开采、化妆品、涂料等领域显示出良好的应用前景。聚丙烯酰胺纳米水凝胶微球由于其“变形虫”的结构而具有优异的堵水性能,被广泛应用于油田深部调驱。但由于纳米级微球的膨胀速度太快而增大了注入压力,限制了其应用,因此本文尝试将智能纳米水凝胶的环境响应性和聚丙烯酰胺微球优异的堵水调剖性能结合起来,采用反相微乳液聚合制备膨胀性能可控、封堵强度较大的聚合物智能纳米微球,旨在将其应用于油田低渗透层的深部调驱。本论文首先采用反相微乳液聚合制备了具有温度-pH双重刺激响应性的聚合物智能纳米微球调驱剂,然后采用红外光谱表征聚合物智能纳米微球调驱剂的结构,通过透射电镜观察聚合物智能纳米微球调驱剂的形态,用激光粒度仪表征聚合物智能纳米微球调驱剂的吸水膨胀性能,采用TGA对其热稳定性进行表征,采用流变仪研究了聚合物智能纳米微球调驱剂的动态粘弹性,最后对聚合物智能纳米微球调驱剂的吸水膨胀性能、吸盐性能、凝胶强度、耐温性、抗剪切性以及对温度和pH的敏感性进行评价,并考察交联剂用量、IA和NIPAM质量比、IA中和度以及引发剂含量对其性能的影响。主要研究成果如下:(1)FTIR谱图出现丙烯酰胺单元、衣康酸单元和N-异丙基丙烯酰胺单元的特征吸收峰,初步证实所合成的聚合物智能纳米微球调驱剂为目标产物。(2)热重分析表明聚合物智能纳米微球调驱剂的起始分解温度超过240℃,表明聚合物智能纳米微球调驱剂具有较好的热稳定性。(3)TEM表明聚合物智能纳米微球调驱剂基本为球形,形状比较规整,粒径范围为30nm~75nm,平均粒径为47nm。(4)随着吸水溶胀时间的增加,聚合物智能纳米微球平均粒径不断增大,粒径分布变宽。当吸水溶胀时间从1h增加到5h,聚合物智能纳米微球的平均粒径从0.54μm增加到8.08μm,能够满足渗透率小于1×10-3μm2,孔喉半径小于8μm的特低渗透油藏调剖堵水的要求。(5)在研究的振荡频率范围内,聚合物智能纳米微球凝胶储能模量G’、损耗模量G’’随振荡频率的变化幅度较小,且G’明显大于G’’。随着应力的增加,聚合物智能纳米微球凝胶G’逐渐降低,G’’逐渐升高。(6)随着交联剂用量的增加,聚合物智能纳米微球调驱剂的吸水吸盐性能先增后降,而凝胶强度、耐温性和抗剪切性能均呈现逐渐增大的趋势。(7)随着IA和NIPAM质量比的增加,聚合物智能纳米微球调驱剂的吸水性能和凝胶强度呈现递增的趋势,而吸盐性能却呈现递减的趋势,同时聚合物智能纳米微球凝胶的热缩型温敏行为减弱,pH敏感性增加。(8)随着IA中和度的增大,聚合物智能纳米微球调驱剂吸水吸盐性能和凝胶强度均呈先增后降趋势,当IA中和度为60%时,聚合物智能纳米微球调驱剂吸水吸盐性能和凝胶强度均达到最大值。(9)随着引发剂含量的增加,聚合物智能纳米微球调驱剂吸水吸盐性能呈先增后降趋势,当引发剂含量为1.2%时,聚合物智能纳米微球调驱剂吸水吸盐性能均达到最大值。(10)聚合物智能纳米微球调驱剂在不同浓度NaCl、MgCl2、CaCl2溶液中能吸盐水溶胀,具有较好的耐矿化度性能,其中吸盐率顺序为:NaCl>MgCl2>CaCl2。
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