聚丙烯酰胺的抗鹽、抗剪切性能較差，且有一定的化學(xué)降解性能，因此，聚合物（PAM）驅(qū)油劑的耐鹽、增黏問(wèn)題已經(jīng)成為三次采油技術(shù)中較具挑戰(zhàn)性的研究課題。

影響溶液黏度的因素較多，本文主要硏究幾種離子對(duì)聚丙烯酰胺黏度的影響。以分子量500-700萬(wàn)的聚丙烯酰胺為原料，在一定溫度下，探究不同的放置時(shí)間及不同的離子濃度下所形成的聚丙烯酰胺水溶液的黏度，通過(guò)測(cè)量其不同情況下的黏度，研究離子對(duì)聚丙烯酰胺的降黏效果。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚合物的濃度越高，聚丙烯酰胺水溶液的黏度越大；聚合物濃度一定時(shí)，加人一定的鹽，水溶液體系的黏度降低，且隨著鹽濃度的增加，體系黏度減小得更為明顯。當(dāng)鹽的量達(dá)到某一程度，體系的黏度不再減小。此類鹽的離子中，鈣、鎂、鋇等二價(jià)離子的降黏效果較為明顯，對(duì)聚丙烯酰胺水溶液黏度的影響依次為Ca²⁺＞Mg²⁺＞Ba²⁺＞K⁺＞Na⁺。

聚丙烯酰胺較早在1893年由Moureu用丙烯酰氯與氨在低溫下反應(yīng)制得，1954年首先在美國(guó)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。起初，丙烯酰胺（AM）單體由丙烯腈（AN）經(jīng)硫酸催化水合而得，通過(guò)丙烯酰胺均可聚合制得非離子型聚丙烯酰胺（PAM），隨后開發(fā)了用堿部分水解的陰離子型聚丙烯酰胺。

20世紀(jì)70年代，隨著丙烯酰胺生產(chǎn)的二代“催化水合法”和第三代“微生物工程法”工藝技術(shù)的相繼問(wèn)世，聚丙烯酰胺的系列產(chǎn)品不斷被開發(fā)。

20世紀(jì)90年代，國(guó)外對(duì)兩性聚丙烯酰胺的開發(fā)較為活躍，已有產(chǎn)品問(wèn)世。

我國(guó)對(duì)聚丙烯酰胺的研究和生產(chǎn)始于20世紀(jì)60年代，生產(chǎn)工藝主要有水溶液聚合法、反向乳液聚合法、反相懸浮聚合法、輻射引發(fā)法。

聚丙烯酰胺的大多數(shù)應(yīng)用環(huán)境都存在不同的鹽，其離子的特性可以改變聚丙烯酰胺的溶解性、黏度、溶液的性質(zhì)。本文以分子量為500-700萬(wàn)的部分水解聚丙烯酰胺為研究對(duì)象，測(cè)定一定溫度下、不同的放置時(shí)間和不同鹽的濃度下，形成的聚丙烯酰胺水溶液的離子聚合物，評(píng)價(jià)不同離子對(duì)其黏度的影響，進(jìn)而分析對(duì)其黏度影響較大的鹽的作用機(jī)理。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋇（均為分析純）。

SXKW型數(shù)顯控溫電熱套，TD型電子天平，NDJ-85數(shù)字顯示黏度計(jì)，HH-（2）雙孔恒溫水浴鍋。

1.2 HPAM/鹽離子水溶液的配制

配制1.0g·L^-1的聚丙烯酰胺水溶液，分別加入0.1-2.0g·L^-1的鹽，攪拌均勻，置于50℃的恒溫水浴鍋中恒溫，每隔一段時(shí)間測(cè)量一次黏度。開始時(shí)測(cè)量時(shí)間間隔較短，等到聚合物水溶液穩(wěn)定之后，時(shí)間間隔較長(zhǎng)一些。以水為溶劑，分別配制500、1000、1500、2000、3000、5000mg·L^-1的HPAM水溶液。

2、結(jié)果與討論

2.1 空白實(shí)驗(yàn)

表1聚合物黏度的空白實(shí)驗(yàn)

聚合物濃度/mg·L-1	放置時(shí)間/h
	0	1	2	5	10	24	48	72
500	0.084	0.086	0.082	0.086	0.086	0.086	0.085	0.086
1000	0.134	0.138	0.138	0.137	0.139	0.136	0.138	0.136
1500	0.256	0.260	0.257	0.261	0.258	0.258	0.260	0.258
2000	0.335	0.337	0.338	0.336	0.337	0.336	0.336	0.336
3000	0.473	0.474	0.476	0.480	0.474	0.475	0.476	0.473
5000	0.654	0.670	0.681	0.678	0.675	0.668	0.672	0.676

不加入鹽，測(cè)定聚合物的黏度，結(jié)果見表1。由表1可知，隨著聚合物濃度增加，水溶液的黏度逐漸增加，其黏度大小不隨時(shí)間的變化而變化，且聚合物濃度越大，其體系越不穩(wěn)定，不易控制。

2.2 離子對(duì)聚丙烯酰胺黏度影響

用水配制HPAM溶液，濃度為1.0g·L^-1。使用的鹽有氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋇。對(duì)不同放置時(shí)間、不同鹽濃度的HPAM的水溶液聚合物的黏度進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如下。

1）氯化鈉/HPAM水溶液的黏度數(shù)據(jù)見表2。

表2HPAM黏度與NaCl濃度的關(guān)系（50℃）

放置時(shí)間/h	NaCl濃度/g·L-1
	0.1	0.2	0.5	1.0	2.0
0.0	0.028	0.034	0.016	0.014	0.011
0.5	0.030	0.028	0.015	0.012	0.010
1.0	0.031	0.030	0.014	0.012	0.010
2.0	0.031	0.030	0.015	0.012	0.010
24.0	0.030	0.028	0.015	0.012	0.010
48.0	0.034	0.027	0.014	0.012	0.010

由表2可知，隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，黏度基本穩(wěn)定不變。與空白實(shí)驗(yàn)對(duì)比，聚合物體系的黏度減小，說(shuō)明氯化鈉起到了減小黏度的作用。并且隨著氯化鈉濃度的增加，其黏度減小的作用愈加明顯。

2）氯化鉀/HPAM水溶液的黏度數(shù)據(jù)見表3。

表3HPAM黏度與KCl濃度的關(guān)系（50℃）

放置時(shí)間/h	KCl濃度/g·L-1
	0.1	0.2	0.5	1.0	2.0
0.0	0.027	0.025	0.016	0.014	0.010
0.5	0.029	0.026	0.017	0.013	0.011
1.0	0.026	0.024	0.015	0.012	0.009
2.0	0.025	0.025	0.016	0.013	0.010
24.0	0.025	0.023	0.015	0.013	0.010
48.0	0.024	0.022	0.016	0.014	0.007

由表3可知，隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，黏度基本穩(wěn)定不變。與空白實(shí)驗(yàn)對(duì)比，其聚合物體系的黏度減小，說(shuō)明氯化鉀起到了減小黏度的作用。并且隨著氯化鉀濃度的增加，其黏度減小的作用越明顯。

3）氯化鈣/HPAM水溶液的黏度數(shù)據(jù)見表4。

表4HPAM黏度與CaCl₂濃度的關(guān)系（50℃）

放置時(shí)間/h	CaCl2濃度/g·L-1
	0.1	0.2	0.5	1.0	2.0
0.0	0.016	0.009	0.007	0.005	0.003
0.5	0.015	0.010	0.006	0.005	0.002
1.0	0.015	0.011	0.007	0.005	0.003
2.0	0.015	0.010	0.007	0.005	0.003
24.0	0.015	0.009	0.007	0.005	0.003
48.0	0.015	0.009	0.006	0.005	0.003

由表4可知，隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，黏度基本穩(wěn)定不變。與空白實(shí)驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)聚合物體系的黏度減小，說(shuō)明氯化鈣起到了減小黏度的作用。并且隨著氯化鈣濃度的增加，黏度減小的作用越明顯。與氯化鈉、氯化鉀相比，氯化鈣的降黏作用更為明顯。

4）氯化鋇/HPAM水溶液的黏度數(shù)據(jù)見表5。

表5HPAM黏度與BaCl₂濃度的關(guān)系（50℃）

放置時(shí)間/h	BaCl2濃度/g·L-1
	0.1	0.2	0.5	1.0	2.0
0.0	0.023	0.018	0.010	0.007	0.004
0.5	0.024	0.019	0.008	0.006	0.004
1.0	0.025	0.020	0.009	0.006	0.003
2.0	0.024	0.019	0.009	0.007	0.003
24.0	0.024	0.018	0.008	0.007	0.003
48.0	0.024	0.018	0.008	0.007	0.003

由表5可知，隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，黏度基本穩(wěn)定不變。與空白試驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)聚合物體系的粘度減小，說(shuō)明氯化鋇起到了減小黏度的作用。并且隨著氯化鋇濃度的增加，黏度減小的作用越明顯。氯化鋇和氯化鈣的降黏作用相似。

5）氯化鎂/HPAM水溶液的黏度數(shù)據(jù)見表6。

表6HPAM黏度與MgCl₂濃度的關(guān)系（50℃）

放置時(shí)間/h	MgCl2濃度/g·L-1
	0.1	0.2	0.5	1.0	2.0
0.0	0.025	0.015	0.008	0.005	0.004
0.5	0.026	0.014	0.008	0.006	0.004
1.0	0.025	0.014	0.009	0.006	0.003
2.0	0.024	0.015	0.009	0.007	0.002
24.0	0.027	0.015	0.008	0.006	0.003
48.0	0.026	0.015	0.008	0.007	0.003

由表6可知，隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，黏度基本穩(wěn)定不變。與空白實(shí)驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)聚合物體系的黏度減小，說(shuō)明氯化鎂起到減小黏度的作用。并且隨著氯化鎂濃度的增加，黏度減小的作用越明顯。當(dāng)鹽離子濃度達(dá)到一定值時(shí)，膠液的黏度基本穩(wěn)定，不再隨著鹽離子濃度的增加而降低。

由以上各表數(shù)據(jù)分析可知，HPAM部分水解作為聚電解質(zhì)，其在溶液中構(gòu)象的改變導(dǎo)致黏度隨鹽濃度的增加而變化。加入低濃度鹽時(shí)，分子鏈較大伸展，表現(xiàn)為具有高黏度。隨著鹽濃度增加，溶液離子的強(qiáng)度增加，低分子反離子滲入高分子離子，屏蔽了有效電荷，使高分子鏈?zhǔn)湛s，導(dǎo)致黏度迅速降低。當(dāng)有一定的鹽存在時(shí)，降黏作用會(huì)逐漸減小，黏度降低變得平緩。當(dāng)加入CaCl₂、MgCl₂時(shí)，HPAM溶液黏度隨鹽濃度的增加急劇降低。這是因?yàn)殡S著高價(jià)離子的增加，疏水締合物受到反電荷的靜電屏蔽作用，分子鏈卷曲，其在溶液中的締合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞，使得溶液黏度降低。

3、結(jié)論

本文主要研究了幾種鹽離子對(duì)聚丙烯酰胺黏度的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，聚合物濃度越高，聚丙烯酰胺水溶液的黏度越大；聚合物濃度一定時(shí)，加入一定的鹽，水溶液體系的黏度降低，并且隨著鹽濃度的增加，體系黏度減小得更明顯。幾種鹽離子中，鈣、鎂、鋇等二價(jià)離子的效果較為明顯。當(dāng)鹽的量達(dá)到某一程度，體系的黏度就不再減小。陽(yáng)離子對(duì)聚丙烯酰胺水溶液黏度的影響依次為Ca²⁺＞Mg²⁺＞Ba²⁺＞K⁺＞Na⁺。