弱凝胶调驱技术-机理课件.ppt

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1、二、弱凝胶形成机理弱凝胶使用的聚合物天然聚合物:纤维素、生物聚合物黄胞胶人工合成聚合物。部分水解的聚丙烯酰胺（HydrolyzedPartiallyPolyacrylamide简称HPAM）,丙烯酰胺共聚物和疏水缔合共聚物。部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）聚丙烯酰胺的结构式部分水解聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺与碱反应即生成部分水解聚丙烯酰胺生物聚合物黄胞胶（Xanthan）黄胞胶（Xanthan）是由黄单胞菌属野茹菌（XanthomonasCampestris）微生物接种到碳水化合物中，经发酵而产生的生物聚合物，又称黄原胶。黄胞胶的化学结构其它共聚物在聚合物中引入疏水

2、基团,生成疏水缔合共聚物。在水介质中，共聚物的疏水部分以类似于表面活性剂的方式聚集或缔合，大分子线团的有效流体动力学尺寸增大。较大尺寸的疏水基团对邻近的丙烯酰胺基团的水解反应有一定的抑制作用，从而增加其耐盐耐温性。弱凝胶使用的交联剂能与酰胺基和羧基进行反应的化合物，都有可能作为交联剂使用依据交联剂与HPAM形成价键的形式不同，交联剂可以分为螯合型交联剂和共价健型交联剂。螯合型交联剂螯合型交联剂Cr(Ⅲ)、AI(Ⅲ)、Ti（Ⅳ）、Zr（Ⅳ）等金属离子与适当的螯合剂形成的水溶性金属螯合物。螯合剂中最为重要的部分是构成配位基中心的给电子原子，常用的给电子原子为O、

3、N、S，金属螯合物反应活性与金属离子有关。Cr(Ⅲ)、AI(Ⅲ)的反应活性大于Ti（Ⅳ）、Zr（Ⅳ）反应活性与螯合剂和金属离子形成金属螯合物的稳定性相关所形成的金属螯合物愈稳定，其反应愈难。比例愈小，反应活性愈低。共价键型交联剂低分子醛类（甲醛、乙二醛和戊二醛）低聚酚醛树脂三聚氰胺一甲醛树脂酚-胶树脂等。与螫合型交联剂相比，共价键型交联剂耐盐能力，适用性较好，但低温时交联反应较慢。交联反应类型配位键交联以适当的中心离子与HPAM的酰胺基、羧基形成配伍键连接，铝、铬、锆等离子均可作为中心离子。形成多核羟桥络离子结构与HPAM的羧基、酰胺基交联。参与交联的基团：

4、羧酸基团极性共价键交联金属离子交联体系有机金属离子主要和聚丙烯酰胺分子的羧酸基团作用。由于羧基带负电、氧原子上有孤对电子、多核羟桥络离子带很高的正电荷及高价金属离子容易形成配位键等特点，因此多核羟桥络离子是与HPAM的羧基形成配位键产生交联交联反应的步骤高价离子水合物的水解聚合：水合金属离子通过水解聚合生成为多核羟桥络离子和氢离子；聚丙烯酰胺中的羧基电离成为羧酸根和氢离子；聚丙烯酰胺通过羧酸根与多核羟桥络离子反应和交联。以M代表金属离子，可柠檬酸铝交联体系铝的多核羟桥络离子带正电荷，并且铝离子易形成配位键；而聚丙烯酰胺中的羧基带负电，氧带有孤对电子；铝的多核

5、羟桥络离子是通过与聚丙烯酰胺中的羧基形成极性键和配位键而进行交联柠檬酸铝与聚丙烯酰胺交联ⅥCr(Ⅲ)交联体系常用的螯合剂：乙酸(盐)丙酸(盐)丙二酸(盐)乳酸(盐)葡萄糖酸(盐)Cr(Ⅲ)-配位螯合物交联能够在很宽的温度范围内有效地控制成胶时间与Al(Ⅲ)交联体系相比：Cr(Ⅲ)交联体系适应的温度范围和PH值范围更广反应活性更强，成胶后的强度更大，稳定性更好。乙酸铬的反应过程乙酸铬离解成铬离子和乙酸根离子通过水解形成多核羟桥络离子多核羟桥络离子与低浓度聚丙烯酰胺交联形成弱凝胶。值得注意的问题当体系的pH值大于7时：乙酸铬是热力学不稳定的。乙酸铬中的铬在碱性条

6、件下形成Cr(OH)3(H2O)3沉淀不能与聚丙烯酰胺发生交联反应。控制乙酸铬的离解速度方法变化乙酸钠与三氯化铬之比加入能与乙酸根作用的添加剂控制体系的pH值控制交联剂溶液的老化时间乙酸铬/HPAM弱凝胶结构探讨在较低的聚合物/交联剂浓度下，聚合物分子聚集体相互间是不连续的，体系以分散的形态存在；在聚合物/交联剂浓度达到一定程度时，这种聚合物分子聚集体相互间以弱的方式连接而形成连续结构，体系以整体的形式存在。弱凝胶的形的结构m柠檬酸钛的反应过程柠檬酸钛与HPAM延缓交联的机理是柠檬酸钛通过多价金属钛离子使HPAM交联，金属钛离子水解产生羟桥作用，形成多核羟桥

7、络离子有机酚醛交联体系有机酚醛类交联剂与聚合物分子中的酰胺基团反应形成凝胶。交联剂体系中醛可以直接与聚丙烯酰胺发生羟甲基化反应进行交联与酚首先生成羟甲基酚，再与聚丙烯酰胺交联。甲醛与HPAM的反应过程H+醛/酚与HPAM的反应过程在反应过程中生成了具有活性的树脂成分，与聚合物交联形成带有环状结构的聚合物/树脂复合凝胶，其性能有明显的改进和提高甲醛/酚交联反应式酚醛交联体系特点交联反应在70℃开始，最佳反应温度在90℃左右。苯环的引入，大大增强了凝胶的热稳定性，应用于高温油藏的深部调剖。酚醛交联体系中引入苯环后有助于增强体系的抗盐能力。乌洛托品/间苯二酚的反应

8、过程乌洛托品在酸性介质和/或高温环境下可产生甲醛产生