压裂液聚合物水解度的设计与优化

压裂液聚合物水解度的设计与优化

对于丙烯酰胺类聚合物，水解度是指聚丙烯酰胺溶液中水解的酰胺基团的比例，简称 DH。

（1）水解度对聚合物性能的影响

根据室内实验分析以上的分析可以看出，水解度范围的改变，对聚合物的溶解速度、表观黏度以及粘弹性等影响都相对较小，但对聚合物的抗盐能力影响相对较大。其次，水解度的调节对反应成本和反应程度都有一定影响，水解度高，则碱的成本增加，而水解度过低，容易使反应程度降低，进而影响聚合物分子量；

水解度对聚合物的溶解速度影响较大，在很大范围内呈正相关：

· 水解度高：初始黏度不高，黏度稳定性较好；

· 水解度低：初始黏度高，不抗盐，黏度下降快。

清水中：随水解度增大成键增多，聚合物分子趋于伸展，溶液黏度增大；再增水后，与酰胺基团形成内氢键，分子体积缩小，溶液黏度降低；盐水中：随着水解度的增大，-COO?含量增多，高盐环境会加剧聚合物分子内缔合，使得聚合物大分子线团收缩，溶液抗盐性能降低；

水解度过高，溶液只能表现出粘弹性为聚合物浓度的增加，更易表现出粘弹性，而在一定的水解度范围内，随着溶液中。

Seb 等（1996 年）研究发现疏水缔合聚合物适当水解度比未水解的具有更好的增稠能力。

杨胜萍（1997 年）提出疏水聚丙烯酰胺（HPAM）分子链上基团排列方式会影响黏度、水解度关系，对应的黏度极大值出现位置与基团排列方式有关。

陈洪（2012 年）研究发现，疏水缔合聚丙烯酰胺（HAPAM）溶液表观黏度随水解度增加呈先增大后降低的趋势；不同水解度的 HAPAM 溶液表现出不同的高增稠现象；低水解度时聚合物溶液随聚合物浓度的增加更易表现出粘弹性，盐浓度增加时黏度只能表现出粘弹性。这一观点对于本文变粘减阻剂合成中水解度的控制提供了有力的借鉴依据和理论指导。

本文研发的变粘减阻剂采用反相乳液聚合制备，综合对比分析，采用共聚共水解的方式来调控聚合产物水解度。即在聚合反应前，反应体系中调整好聚合的主体结构单体（AM/AA）的添加比例，再加入一定量的水解剂（液碱，也可在不同反应阶段分批加入）引发聚合，实现共聚共水解，得到一定水解度的聚合物。

通过在聚合反应时对水解度的精确调控，可以改善聚合物各项性能指标。据文献报道：

· 周恩乐（1991 年）通过对聚丙烯酰胺形态结构研究，发现 HPAM 水解度 20% 时黏度最大；

· Audibert (1995 年) 等发现 HPAM 水解度超过一定值 (40%) 后，黏度呈下降趋势；

· 梁晓飞（2004 年）对几种中分子量的聚合物进行了筛选评价，得到了与 Audibert 一致的结论；

· 孙焕泉、耿同谋等（2004-2006 年）分析了当时的疏水缔合聚丙烯酰胺，采用 AM、疏水单体、离子型单体三元共聚得到，其水解度控制在 25% 左右为最优。

对文献调研分析可以看出，对不同类型的丙烯酰胺类聚合物（如部分水解聚丙烯酰胺、疏水缔合聚合物等），专家学者研究最佳水解度都有所不同，但大都控制在 25%-40% 之间，本文结合前期研究成果和目前的室内合成实验，确定变粘减阻剂聚合物水解度控制在 35% 左右，具有较快的溶解速度，并且表观黏度高、粘弹性强、同时还保证了较好的抗盐性能。