胶凝剂41性质、用途与生产工艺
胶凝剂（agglutinant）：能使胶乳逐渐转变成均匀的半刚性固体凝胶、并保持原有形状的外加物质。常是由强酸与弱碱或强碱与弱碱所形成盐类，如硝酸铵是天然胶乳的弱胶凝剂，硝酸锌是天然、合成胶乳的缓慢胶凝剂等。综观国内外对胶凝剂研究可以得知:胶凝剂一般是以碳-碳为主链、线型的合成高分子聚合物,所采用的主单体大多数为丙烯酰胺(AM)。目前研究比较多的丙烯酰胺类胶凝剂大多是丙烯酰胺与阳离子单体或阴离子单体共聚而得到的阳离子型聚合物、阴离子型聚合物或两性聚合物。所以说寻找一种有效的改性单体是开发新型酸液稠化剂的关键所在。
由于天然聚合物的性能不理想,其实际应用受到限制,用量也相对减少。合成聚合物类的胶凝剂具有一些天然聚合物无可比拟的优点。所以合成聚合物类胶凝剂在品种数量和应用范围上占绝对优势。众多合成物胶凝剂中尤以丙烯酸胺类的共聚物最具优势,从发展趋势看,此类酸液胶凝剂不仅是在当前,而且在将来也同样起主导作用[1]。
胶凝剂的分子结构设计应考虑具有较好的抗温抗盐性能，胶凝剂的分子结构设计具体依据以下六个方面：
⑴ 在分子链上引入可增加刚性的结构，选用碳链高分子和在分子中引入可增加分子链刚性的环状结构，可使聚合物的热稳定性明显提高；
⑵ 在分子上引入大侧基或刚性侧基，可使聚合物具有较高的热稳定性。因刚性侧基的位阻效应，分子运动阻力大，聚合物溶液的表观粘度降低幅度较小；
⑶ 聚合物引入可抑制酰胺基水解的单体，可以抵消因分子链上酰胺基的水解抗温耐盐性能降低的缺点，可使聚合物的抗温耐盐性能大幅度提高；
⑷ 疏水基团的水溶性聚合物具有盐增粘效应，因此，在聚合物合成中引入疏水基团是改善聚合物耐温抗盐性的有效途径；
⑸ 聚合物中最好引入含有耐水解基团，来增加产物的耐盐性能。改性的丙烯酰胺类胶凝剂比较合适，因此采用耐水解的单体与 AM 等单体共聚可以获得耐温抗盐性能优良的水溶性聚合物；
⑹ 还可以在分子中引入对盐不敏感的基团来提高分子的耐盐性[3]。
图1 胶凝剂分子结构设计原理与方法
利用丙烯酰胺（AM）、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）为原料,进行水溶液聚合,采用低温复合引发体系合成一种高温胶凝酸用胶凝剂P（AM-co-DAC）,通过单因素分析法确定最佳反应条件,并对其纯化样品进行红外表征。室内性能评价结果表明,该胶凝剂易溶于酸,增黏效果好。在180℃,170s-1剪切速率下,质量分数1%的胶凝剂溶于质量分数20%的盐酸中,剪切100min,黏度保持在30mPa·s左右,具有较好的耐温性和耐剪切性。
胶凝剂共聚物合成的工艺流程如图 2 所示[3]。
图 2 胶凝剂的合成工艺流程示意图
1.丙烯酰胺类聚合物 2. 乙烯及其衍生物类聚合物
3.其它种类胶凝剂
1) 杂多糖及其衍生物类，以 SGN 为代表；
2) 胍胶及其衍生物，在酸化中胍胶一般是改性后使用，常用的为羟丙基胍胶（HPG）和抗高温胍胶衍生物羟丙基胍胶 HPG；
3) 脂肪胺类，乙氧基化脂肪胺为主剂的胶凝剂可耐高剪切速率，N,N-双（2-羟乙基）脂肪胺醋酸盐作为胶凝剂既耐高温又耐低温；
4) 天然产物高分子类，主要代表为香豆胶，它是我国自行开发的一种性能优良的水基压裂液和酸化液胶凝剂；
5) 纤维素及其衍生物，纤维素中的羧甲基纤维素可作为胶凝剂使用[3]。
[1]赵晓珂,孙铭勤,刘业文,刘朝霞. 国内外酸化用胶凝剂的发展及应用现状[J]. 承德石油高等专科学校学报,2006,(04):1-4.
[2]崔福员,桑军元,杨彬,李文杰,李军,王云云,谷庆江. 高温酸液胶凝剂的合成及性能评价[J]. 石油化工高等学校学报,2017,(01):31-35.
[3]元当杰. 乳液法合成高温酸化胶凝剂研究[D].中国石油大学,2007.
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