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聚丙烯酸胺(Poly aorylamide,簡稱PAM)是丙烯酸胺(Caoryl-amide,簡稱AM)與其所衍生出的共聚物與均聚物的總稱,在工業生產中,只要其中包含一半以上的丙烯酸胺單體類聚合物的物質都可以被稱為聚丙烯酸胺。在其分子結構中,由于包含酸胺基,較容易構成氫鍵。故而其在實際應用的過程中具有優異的水溶性與化學活性,能夠引發酸胺一系列的典型反應。此類反應能夠取得更多形式與多種功能的衍生物,其具有相對較寬闊的調節區間。就現階段而言,聚丙烯酸胺的相關產品主要可分為三個類別,即粉狀、水溶液膠體以及乳液。無論是哪一種形式的劑型,都會根據聚丙烯酸胺內部的官能基在水中溶解后的特質進行分類,可分為兩性離子、CPAM、NPAM以及APAM。
聚丙烯酸胺是一種高分子聚合物,帶有酸胺基,化學活動性很高,可以通過改性處理,制備聚丙烯酸胺的衍生物,是一種重要的聚合物,被廣泛應用于油田生產中。聚丙烯酸胺具有絮凝性,能夠使懸浮的物質起到電中和的作用,達到絮凝的狀態。具有粘合性,通過機械作用、物理化學作用,增加粘度,達到更好的應用效果。具有降阻性,能夠降低環境的摩擦阻力損失,具有極高的降阻效應。增稠性,在中性條件下和酸液中,具有很強的增稠特點,呈現半網狀結構時,增稠效果最佳。
聚丙烯酸胺是極易溶于水的高分子工業聚合物,在對其進行分解、在結合等工作的過程中能夠衍生出多種不同形式的、具備較強功能的催化劑。PAM在實際的工業生產中,在大多數的領域與行業中都具備重要的滲透作用。近年來,我國工業化進程的發展逐步加速,也進一步強化了聚丙烯酸胺生產技術的發展。本文主要研究聚丙烯酸胺特性及生產技術,對豐富我國聚丙烯酸胺的生產技術具有現實性意義,對該項技術未來的發展具有指導性意義。
1.在水處理的應用
隨著生態環境以及空氣污染口益嚴重,人們越來越重視低碳環保理念,我國也提出了可持續發展戰略目標。隨之聚丙烯酞胺被應用到水處理領域的需求越來越多,現階段,聚丙烯酞胺主要是作為絮凝劑與助凝劑使用,因為聚丙烯酞胺具有較高的絮凝性以及穩定性,所以被廣泛應用到水處理以及污水處理當中,而且聚丙烯酞胺對自然生態環境以及空氣產生的有害物質相對較少,符合當前社會發展的需求,符合可持續發展理念。但是聚丙烯酞胺最大的特點就是溫度高、壓力高以及濃度高,最顯著的特征就是高壓與低壓并存,二者相互貫通,在實際操作中經常由于工作人員疏忽或者人為操作失誤導致中毒事件。我們都知道聚丙烯酞胺具有一定的毒性與冷凍作用,給人們口常生活以及社會生產等多個方面帶來便利的同時,也極大威脅著人們的人身安全,所以在使用過程還需要多加注意。
2.在石油開采工作的應用
聚丙烯酞胺在我國石油開采領域的應用是最廣泛的,石油業是我國國民經濟的重要支柱,關系著國家根本利益以及人們的根本利益。聚丙烯酞胺主要是作為絮凝劑、稀釋劑以及降濾失劑,在石油開采的酸化、鉆井以及采油等工藝被廣泛使用。這對于提高我國石油開采作業效率,提高石油利用率,減少資源浪費以及促進我國石油業可持續發展具有深遠的現實意義。
2.1聚丙烯酞胺應用于鉆并液體系中
將聚丙烯酸胺作為鉆井液的性能調節劑使用,提高鉆井液的性能,使其具有更好的攜帶巖屑的能力,有效地防止井噴事故的發生。調節鉆井液的流變特性,攜帶巖屑,潤濕鉆頭,降低鉆頭施工過程中的磨阻損失,延長鉆頭的使用壽命。防止發生卡鉆的現象,保證順利完成鉆探施工任務。
經常應用部分水解聚丙烯酸胺溶液,聚丙烯酸胺鉀鹽等,作為鉆井液的添加劑,提高機械鉆速,有利于鉆井施工的順利進行。鉆井液的性能優異,促進鉆井施工的順利進行,防止卡鉆事故的發生,能夠提高機械鉆速,及時冷卻鉆頭,方便鉆具的起下,保持井眼的清潔,減少廢棄鉆井液對環境的污染,具有推廣使用的價值。
2.2聚合物在壓裂液體系中的應用
水力壓裂施工是油田開發致密性油藏最有效的方式之一,也是油田開發進人后期的增產增注措施。在實施水力壓裂施工過程中,壓裂液的性能是非常關鍵的。將聚合物加人到壓裂液體系中,增加了壓裂液的粘度,使其具有低磨阻的特性,具有良好的懸砂能力,促進壓裂施工的順利進行,形成穩定的人工裂縫后,提高了儲層的滲透性,達到預期的水力壓裂施工的效果。
優化壓裂液體系,提高水力壓裂的效率。減少壓裂液對儲層的污染,具有突出的粘彈性,通過高壓泵的作用,達到高于油層破裂壓力的情況,出現人工裂縫,并應用支撐劑進行支撐,使其形成永久的裂縫,達到水力壓裂的技術要求。
2.3聚合物驅油劑的使用
油田三次采油階段,為了提高油田的采收率,采取注聚開發的方式。增加了注人劑的濃度,通過聚合物的注人,調節注人劑的流變特性,改善水油的流度比,降低地層中的水相的滲透率,使聚合物波及到更多的區域,將注水開發沒有波及到的死油區的油流驅替出來,從而提高了油井的產能,達到增產的效果。
高分子聚合物使水相的粘度增大,降低水相的相對滲透率。水油流度比的下降,減少注人劑的指進現象。使注人的流體轉人未波及的區域,提高波及系數。聚合物的注人,增加了波及體積,增加注人水的滲流阻力,擴大水淹的程度,從而將注人水沒有波及到的區域激活,提高油層的動用程度,驅替更多的油流,提高油田的采收率。
聚合物注人技術的應用,提高油井的生產能力。隨著聚合物注人技術的深人,研究和試驗了三元復合體系驅油技術措施,將聚合物、堿液和表面活性劑同時注人到油層中,擴大注人的效果,提高油田采收率的幅度增大。以聚合物為主,改變聚合物的分子量,通過堿液的水洗作用,表面活性劑的表面活性,改善儲層流體的性質,提高了油井的生產能力。
2.4聚合物作為堵水劑和調剖劑使用
由于地層的非均質性的影響,注水開發的油田,會出現高滲透層過早見水或者被水淹的情況。采取堵水的方式,選擇聚合物堵水劑,改變水在地層中的滲流狀態,達到水驅開發的效率。選擇聚丙烯酸胺作為堵水劑,對油和水具有選擇性,只堵水不堵油,提高聚合物的耐溫特性,達到最佳的堵水效果。將聚合物和交聯劑組合使用,如與改性的交聯樹脂結合起來,達到更好的堵水效果。
應用聚合物的注人能夠調整吸水剖面,封堵大孔道,達到調剖的狀態,滿足油田注水和聚合物注人的技術要求,獲得更好的驅替能量,促使油井增產,達到油田開發的產能指標。
聚丙烯酸胺生產技術是Moureu等研發人員在1893年利用AM與氨氣在低溫環境中研制而成的,并由1954年在美國完成工業化形式的全面生產,我國該技術的應用與美國相差不多,在上海于1962年完成首套聚丙烯酸胺生產裝置的建設,并開始生產水溶膠等多類產品,在進行該種產品的生產時,所應用的方式是多元化的,以下主要介紹的方式方法有懸浮聚合法與反向乳液聚合法。
1.懸浮聚合法
懸浮聚合法在現實應用的過程中,主要的工作方式是應用較強的力進行攪拌,將其中的單體、單體混合物等都打散至介質當中,最終在形成較為細致的微粒再重新聚合。該項技術在應用中的核心部分是控制各個粒子分散尺寸,但是尺寸把握的關鍵在于攪拌的力度與分散穩定劑等的運用。例如,在進行聚合時,若加人氯化鈉等無機鹽進行調節,其對懸浮的穩定性的破壞力度較強,但對聚合部分的影響較微弱,但若在其中增添部分梭酸鹽,會減緩其聚合速率。該種方式的聚合反應主要發生在液體中。因此,也可以單純的認為每滴液體都是一個獨立形式的本體聚合性質的反應器。該種技術具有較為明顯的優勢,主要表現為操作簡單、容易排除,能夠較方便的分離、清洗以及干燥其聚合物,最終得出的產品相對來說也較純,能夠直接用于工業生產。但是該技術也存在較為明顯的問題,即操作過程存在較為明顯的危險,且回收工藝較難,投人成本偏高。因此,沒有得到普遍應用。
2.反向乳液聚合法
反向乳液聚合法的工作原理是將含有單體的水,按照既定的比例與油結合,并借助二者互斥的原理將其分散在介質中,并利用引發劑的作用,使其達成乳液聚合的效果,最終形成相對穩定的、能夠被水溶脹的膠體形式的分散體。就目前反向乳液聚合法的應用而言,其在發展的進程中,被工作人員所熟知的體系有:水溶性的陰、陽離子的功能單體、水相、乳化劑、引發劑等。
通過該種技術得到的聚合物所具備的自身特質是由乳化劑、引發劑的濃度、種類、溫度以及攪拌速度等決定的。該種技術在實際應用的過程中主要具備的優勢包括,在聚合過程中,能夠剩余的單體極少,且在該過程中其具備的私度相對較低,聚合速度較快,能夠輕松控制,并快速散熱,能夠在工廠中大規模應用。主要的弊端在于其需要投人的成本較高,且應用的技術較為復雜。
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