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聚丙烯酰胺在各领域中的应用

发布日期:2018/10/24 11:20:16

背景及概述【1】

聚丙烯酸胺(Poly aorylamide,简称PAM)是丙烯酸胺(Caoryl-amide,简称AM)与其所衍生出的共聚物与均聚物的总称,在工业生产中,只要其中包含一半以上的丙烯酸胺单体类聚合物的物质都可以被称为聚丙烯酸胺。在其分子结构中,由于包含酸胺基,较容易构成氢键。故而其在实际应用的过程中具有优异的水溶性与化学活性,能够引发酸胺一系列的典型反应。此类反应能够取得更多形式与多种功能的衍生物,其具有相对较宽阔的调节区间。就现阶段而言,聚丙烯酸胺的相关产品主要可分为三个类别,即粉状、水溶液胶体以及乳液。无论是哪一种形式的剂型,都会根据聚丙烯酸胺内部的官能基在水中溶解后的特质进行分类,可分为两性离子、CPAM、NPAM以及APAM。

聚丙烯酸胺是一种高分子聚合物,带有酸胺基,化学活动性很高,可以通过改性处理,制备聚丙烯酸胺的衍生物,是一种重要的聚合物,被广泛应用于油田生产中。聚丙烯酸胺具有絮凝性,能够使悬浮的物质起到电中和的作用,达到絮凝的状态。具有粘合性,通过机械作用、物理化学作用,增加粘度,达到更好的应用效果。具有降阻性,能够降低环境的摩擦阻力损失,具有极高的降阻效应。增稠性,在中性条件下和酸液中,具有很强的增稠特点,呈现半网状结构时,增稠效果最佳。

聚丙烯酸胺是极易溶于水的高分子工业聚合物,在对其进行分解、在结合等工作的过程中能够衍生出多种不同形式的、具备较强功能的催化剂。PAM在实际的工业生产中,在大多数的领域与行业中都具备重要的渗透作用。近年来,我国工业化进程的发展逐步加速,也进一步强化了聚丙烯酸胺生产技术的发展。本文主要研究聚丙烯酸胺特性及生产技术,对丰富我国聚丙烯酸胺的生产技术具有现实性意义,对该项技术未来的发展具有指导性意义。

应用【2】[3]

1.在水处理的应用

随着生态环境以及空气污染口益严重,人们越来越重视低碳环保理念,我国也提出了可持续发展战略目标。随之聚丙烯酞胺被应用到水处理领域的需求越来越多,现阶段,聚丙烯酞胺主要是作为絮凝剂与助凝剂使用,因为聚丙烯酞胺具有较高的絮凝性以及稳定性,所以被广泛应用到水处理以及污水处理当中,而且聚丙烯酞胺对自然生态环境以及空气产生的有害物质相对较少,符合当前社会发展的需求,符合可持续发展理念。但是聚丙烯酞胺最大的特点就是温度高、压力高以及浓度高,最显著的特征就是高压与低压并存,二者相互贯通,在实际操作中经常由于工作人员疏忽或者人为操作失误导致中毒事件。我们都知道聚丙烯酞胺具有一定的毒性与冷冻作用,给人们口常生活以及社会生产等多个方面带来便利的同时,也极大威胁着人们的人身安全,所以在使用过程还需要多加注意。

2.在石油开采工作的应用

聚丙烯酞胺在我国石油开采领域的应用是最广泛的,石油业是我国国民经济的重要支柱,关系着国家根本利益以及人们的根本利益。聚丙烯酞胺主要是作为絮凝剂、稀释剂以及降滤失剂,在石油开采的酸化、钻井以及采油等工艺被广泛使用。这对于提高我国石油开采作业效率,提高石油利用率,减少资源浪费以及促进我国石油业可持续发展具有深远的现实意义。

2.1聚丙烯酞胺应用于钻并液体系中

将聚丙烯酸胺作为钻井液的性能调节剂使用,提高钻井液的性能,使其具有更好的携带岩屑的能力,有效地防止井喷事故的发生。调节钻井液的流变特性,携带岩屑,润湿钻头,降低钻头施工过程中的磨阻损失,延长钻头的使用寿命。防止发生卡钻的现象,保证顺利完成钻探施工任务。

经常应用部分水解聚丙烯酸胺溶液,聚丙烯酸胺钾盐等,作为钻井液的添加剂,提高机械钻速,有利于钻井施工的顺利进行。钻井液的性能优异,促进钻井施工的顺利进行,防止卡钻事故的发生,能够提高机械钻速,及时冷却钻头,方便钻具的起下,保持井眼的清洁,减少废弃钻井液对环境的污染,具有推广使用的价值。

2.2聚合物在压裂液体系中的应用

水力压裂施工是油田开发致密性油藏最有效的方式之一,也是油田开发进人后期的增产增注措施。在实施水力压裂施工过程中,压裂液的性能是非常关键的。将聚合物加人到压裂液体系中,增加了压裂液的粘度,使其具有低磨阻的特性,具有良好的悬砂能力,促进压裂施工的顺利进行,形成稳定的人工裂缝后,提高了储层的渗透性,达到预期的水力压裂施工的效果。

优化压裂液体系,提高水力压裂的效率。减少压裂液对储层的污染,具有突出的粘弹性,通过高压泵的作用,达到高于油层破裂压力的情况,出现人工裂缝,并应用支撑剂进行支撑,使其形成永久的裂缝,达到水力压裂的技术要求。

2.3聚合物驱油剂的使用

油田三次采油阶段,为了提高油田的采收率,采取注聚开发的方式。增加了注人剂的浓度,通过聚合物的注人,调节注人剂的流变特性,改善水油的流度比,降低地层中的水相的渗透率,使聚合物波及到更多的区域,将注水开发没有波及到的死油区的油流驱替出来,从而提高了油井的产能,达到增产的效果。

高分子聚合物使水相的粘度增大,降低水相的相对渗透率。水油流度比的下降,减少注人剂的指进现象。使注人的流体转人未波及的区域,提高波及系数。聚合物的注人,增加了波及体积,增加注人水的渗流阻力,扩大水淹的程度,从而将注人水没有波及到的区域激活,提高油层的动用程度,驱替更多的油流,提高油田的采收率。

聚合物注人技术的应用,提高油井的生产能力。随着聚合物注人技术的深人,研究和试验了三元复合体系驱油技术措施,将聚合物、碱液和表面活性剂同时注人到油层中,扩大注人的效果,提高油田采收率的幅度增大。以聚合物为主,改变聚合物的分子量,通过碱液的水洗作用,表面活性剂的表面活性,改善储层流体的性质,提高了油井的生产能力。

2.4聚合物作为堵水剂和调剖剂使用

由于地层的非均质性的影响,注水开发的油田,会出现高渗透层过早见水或者被水淹的情况。采取堵水的方式,选择聚合物堵水剂,改变水在地层中的渗流状态,达到水驱开发的效率。选择聚丙烯酸胺作为堵水剂,对油和水具有选择性,只堵水不堵油,提高聚合物的耐温特性,达到最佳的堵水效果。将聚合物和交联剂组合使用,如与改性的交联树脂结合起来,达到更好的堵水效果。

应用聚合物的注人能够调整吸水剖面,封堵大孔道,达到调剖的状态,满足油田注水和聚合物注人的技术要求,获得更好的驱替能量,促使油井增产,达到油田开发的产能指标。

制备【1】

聚丙烯酸胺生产技术是Moureu等研发人员在1893年利用AM与氨气在低温环境中研制而成的,并由1954年在美国完成工业化形式的全面生产,我国该技术的应用与美国相差不多,在上海于1962年完成首套聚丙烯酸胺生产装置的建设,并开始生产水溶胶等多类产品,在进行该种产品的生产时,所应用的方式是多元化的,以下主要介绍的方式方法有悬浮聚合法与反向乳液聚合法。

1.悬浮聚合法

悬浮聚合法在现实应用的过程中,主要的工作方式是应用较强的力进行搅拌,将其中的单体、单体混合物等都打散至介质当中,最终在形成较为细致的微粒再重新聚合。该项技术在应用中的核心部分是控制各个粒子分散尺寸,但是尺寸把握的关键在于搅拌的力度与分散稳定剂等的运用。例如,在进行聚合时,若加人氯化钠等无机盐进行调节,其对悬浮的稳定性的破坏力度较强,但对聚合部分的影响较微弱,但若在其中增添部分梭酸盐,会减缓其聚合速率。该种方式的聚合反应主要发生在液体中。因此,也可以单纯的认为每滴液体都是一个独立形式的本体聚合性质的反应器。该种技术具有较为明显的优势,主要表现为操作简单、容易排除,能够较方便的分离、清洗以及干燥其聚合物,最终得出的产品相对来说也较纯,能够直接用于工业生产。但是该技术也存在较为明显的问题,即操作过程存在较为明显的危险,且回收工艺较难,投人成本偏高。因此,没有得到普遍应用。

2.反向乳液聚合法

反向乳液聚合法的工作原理是将含有单体的水,按照既定的比例与油结合,并借助二者互斥的原理将其分散在介质中,并利用引发剂的作用,使其达成乳液聚合的效果,最终形成相对稳定的、能够被水溶胀的胶体形式的分散体。就目前反向乳液聚合法的应用而言,其在发展的进程中,被工作人员所熟知的体系有:水溶性的阴、阳离子的功能单体、水相、乳化剂、引发剂等。

通过该种技术得到的聚合物所具备的自身特质是由乳化剂、引发剂的浓度、种类、温度以及搅拌速度等决定的。该种技术在实际应用的过程中主要具备的优势包括,在聚合过程中,能够剩余的单体极少,且在该过程中其具备的私度相对较低,聚合速度较快,能够轻松控制,并快速散热,能够在工厂中大规模应用。主要的弊端在于其需要投人的成本较高,且应用的技术较为复杂。

主要参考文献

[1]赵端.聚丙烯酰胺特性及生产技术研究[J].化工管理,2018(27):164.

[2]宋武.聚丙烯酰胺的合成及应用研究进展[J].中国石油和化工标准与质量,2018,38(15):189-190.

[3]张建晔,金龙渊,张跃虎.聚丙烯酰胺在油田三次采油的应用[J].化工管理,2018(18):36.