论文部分内容阅读
作为注水开发油田提高采收率的主体技术,聚合物驱技术的应用范围不得不向高温、高盐油藏不断拓展,其关键是聚合物的增粘能力和耐温、耐盐、抗剪切性能是否满足高温高盐油藏应用聚合物驱技术对聚合物驱油剂的要求。因此,探讨水溶性聚合物分子间增粘机理,研究耐温耐盐聚合物的结构与溶液特性间的关系,为不断提升驱油聚合物应用性能、研发增粘性能更好,耐温、耐盐等性能更优的驱油聚合物,提高理论基础和应用技术,一直是油田化学技术领域的研究重点。近年来,结合超分子化学和高分子化学,借助多种分子间的弱非共价键作用以及它们的协同或多重作用如氢键、配位作用、主客体相互作用、π-π相互作用等在溶液中自组装来制备由非共价键连接的新型超分子聚合物是高分子合成领域的最新进展之一,也是相关领域的研究热点和前沿。在以环糊精为主体构筑的超分子聚合物体系中,环糊精能与多种客体分子发生包合作用形成不同结构的包结,广泛应用于新型超分子聚合物材料领域。本论文以提升驱油聚合物耐温抗盐性能为导向,研究基于包结缔合聚合物驱油剂的分子设计、合成、表征,聚合物溶液性能以及主客体相互作用等,主要工作和研究成果分为以下几方面：1、根据环糊精空腔在聚合物链上不同构型即环糊精空腔窄端或宽端面向其他分子链,设计合成了两种不同取代位的β-环糊精单体：2位单取代烯丙氧基-2-羟丙基-β-环糊精(OCD)和6位单取代烯丙胺基β-环糊精(NCD)；同时根据β-环糊精空腔尺寸以及主客体量子化学和构效定量关系,设计合成了两种疏水客体单体：6-丙烯酰胺基-N-金刚烷基己酰胺(AAHM)和6-丙烯酰胺基-N-环己基己酰胺(ACHM)。2、通过丙烯酰胺(AM)与环糊精主体单体OCD、NCD以及具有EO重复链段的烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG)水溶液共聚,合成了具有聚氧乙烯醚聚准轮烷结构包结缔合聚合物AM/OCD/APEG、AM/NCD/APEG;疏水单体AAHM、ACHM可直接溶于AM与OCD/NCD溶液中,采用水溶液自由基共聚合成了具有金刚烷环结构的包结缔合聚合物AM/OCD/AAHM、AM/NCD/AAHM以及具有环己烷环结构的包结缔合聚合物AM/OCD/ACHM、AM/NCD/ACHM;并优化聚合条件,通过NMR、IR、TGA、DSC等手段表征。3、研究表明,6位单取代环糊精空腔与疏水客体单体制备的包结缔合型聚合物具有良好的增粘性能；较强的耐温性能：在120℃条件下,2500 mg/L AM/NCD/APEG溶液粘度达80.2 mPa·s, AM/NCD/AAHM溶液粘度达146.6 mPa·s, AM/NCD/ACHM溶液粘度达126.4 mPa.s；聚合物具有明显的盐增粘效应,良好的耐盐性能：在30000 mg/L NaCl条件下,2500 mg/L AM/NCD/APEG溶液粘度达215.6 mPa·s, AM/NCD/AAHM溶液粘度达278.6mPa·s, AM/NCD/ACHM溶液粘度达365.6 mPa·s;三类聚合物溶液具有明显剪切稀释行为,一定的抗剪切、剪切恢复以及抗老化性能。4、通过二维核磁研究了聚合物分子链上主客体分子间包结键合模式,研究表明：PEG链可从环糊精空腔窄端和宽端与环糊精包结键合,形成聚准轮烷结构；而金刚烷环与环己烷环只能从环糊精空腔宽端进入,与环糊精包结键合。通过紫外可见光谱竞争法测定了聚合物分子链上主客体包结稳定常数,结果表明6位取代环糊与金刚烷环包结稳定常数最大,环己烷环次之,而PEG链相对较低。通过ANS荧光发射光谱法,探究了聚合物包结缔合稳定性：金刚烷环与6位取代环糊精空腔的包结最为稳定。而通过芘探针荧光法研究了聚合物分子链上主客体分子包结缔合过程中客体疏水分子间疏水缔合作用的影响,结果表明：环己烷环型疏水分子间存在轻微的疏水缔合行为,而金刚烷环型疏水分子间未观察到明显的疏水缔合作用。5、基于主客体包结缔合作用合成的聚合物作为耐温耐盐聚合物驱油剂,其增粘以及耐温耐盐机理为：1)聚合物分子链上PEG链从环糊精空腔两端进入,而金刚烷环、环己烷环从环糊精较宽端进入,与环糊精空腔包结键合,包结缔合作用使溶液中形成聚合物网络结构,溶液粘度陡增；2)主客体间包结缔合具有一定强度和稳定性,在较高温度下,环糊精空腔对疏水客体分子具有约束作用,包结缔合形成的网络结构不易崩塌,溶液粘度下降幅度较小,聚合物具有较强的耐温性能；3)较高矿化度条件下,溶液的极性增强,聚合物溶液中主客体分子包结缔合增强,分子间聚集体增多,聚合物溶液流体力学体积增大,呈现盐增粘现象,从而达到较强的耐盐性能。