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摘要:为了降低深层卤水提输过程的能耗,开展耐温耐盐的提输卤管道用减阻剂研究具有重要的现实意义.以丙烯酰胺(AM),2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和丙烯酸(AA)为单体,采用氧化还原引发剂体系水溶液聚合法合成耐温耐盐的提输卤管道用减阻聚合物P(AM/AMPS/AA).以聚合物在常温卤水管道中的减阻率为考核指标,设计四因素三水平正交试验,确定最佳合成条件为:反应系统pH为1,反应温度为30℃,单体质量配比为m(AM)∶m(AMPS)∶m(AA)=15∶3∶2,引发剂加入质量为单体总质量的0.04%.根据在线红外分析结果确定最佳反应时间为3h.利用FTIR和1H NMR等手段对P(AM/AMPS/AA)的结构进行表征并用多角激光光散射仪测定其分子量.在自制的减阻率测试环道上对合成聚合物的减阻性能进行测试,合成聚合物表现出较好的耐温耐盐性能,减阻效果明显.如在模拟卤水质量浓度150 g/L、水温15℃、流量950 L/h、减阻剂用量为20 mg时,合成减阻聚合物的减阻率可以达到41.2%.与现有减阻剂相比,合成的P(AM/AMPS/AA)减阻聚合物减阻性能大幅度提高,具有较好的开发应用前景.
[硕士论文] 连露
化学工艺 山东大学 2017(学位年度)
摘要:卤水既是我国沿海地带的优势资源也是推动我国经济发展的重要战略性资源。近年来,随着现代科学技术的急速推进,卤水相关产业的蓬勃发展使得浅层卤水资源正趋于枯竭,人们越来越高度重视埋藏深度达数千米的深层卤水开采。深层卤水埋藏深、总溶解性固体高、微量组分丰富,是一种非常宝贵的液体矿产资源,同煤炭和石油等资源一样具有了极大地开采利用价值。相对于浅层卤水的开采,深层卤水开采具有输运路程长、输运压力和阻力大与输运管道要求和维护费用高等一系列难题。因此,2012年国家的863计划将“深层卤水高效开采关键技术”放入重点研发领域,如何降低深层卤水在提、输管道中的流动阻力,减少提、输能耗,成为深层地下卤水能否经济、高效和可持续开采的重大关键技术瓶颈。
  目前已知聚丙烯酰胺(PAM)在清水管道中具有优异的减阻性能,但深层卤水温度高、矿化度大,其在提输卤管道中的减阻性能大幅度降低。因此,PAM较差的耐温耐盐性很难作为卤水管道减阻剂直接应用,必须对其进行改性来提高耐温耐盐性,进而充分发挥自身优异的减阻性能。2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)分子中的磺酸基团水化能力非常优越,在盐溶液中抵御了强电解质的进攻,即表现出优良的耐盐性能;其庞大侧基可以增强聚合物在流体中的热稳定性,即提升了聚合物的整体耐温性,故优选AMPS对PAM进行共聚改性。
  但是,随着卤水资源的急需、输运压力的增大和卤水的矿化度的增加,迫使PAM类减阻剂的改性显得尤为重要。本研究在选用AMPS的同时还引进顺丁烯二酸酐(MA)分子或苯乙烯(ST)分子,利用它们侧链的刚性化和侧基上的功能基团,使聚合物主链在提输卤管道中的运动性降低,进而提高了它的减阻性能。
  本实验研究了以AM、AMPS、MA或ST为聚合单体,采用氧化还原引发体系和水溶液聚合法,成功合成了聚合物P(AM/AMPS/MA)和P(AM/AMPS/ST)减阻剂。经多次试验探究了正规化实验操作过程,设计了正交实验体系,找出了最佳合成条件,合成并提纯获得了新型高分子量的减阻剂产品。利用红外光谱、核磁共振氢谱、热失重和多角度激光光散射仪等分析仪器对新合成的聚合物减阻剂进行了表征,并在输送模拟卤水的管道中评价了它的减阻性能。
  研究结果表明,聚合物P(AM/AMPS/MA)减阻剂的最佳合成条件:反应温度为30℃,引发剂加量为0.02%,单体质量配比为4∶1∶1,三单体总质量浓度为30%;聚合物P(AM/AMPS/ST)减阻剂的最佳合成条件:反应温度为25℃,引发剂加量为0.02%,单体质量配比为12∶3∶1,三单体总质量浓度为30%;在模拟卤水的温度为20℃、流量为960L/h、含盐量为150g/L、减阻剂用量为20mg/L的条件下,聚合物P(AM/AMPS/MA)减阻剂的减阻率可达到44.8%,聚合物P(AM/AMPS/ST)减阻剂的减阻率可达到40.3%。
  本次实验合成的两种新型水溶性减阻剂对各矿化度的模拟卤水均有较好的适用性,合成价格低廉、合成方法简便易行,耐温耐盐性能明显优于现有提输卤管道减阻剂。聚合物P(AM/AMPS/MA)和P(AM/AMPS/ST)减阻剂在模拟提输深层卤水管道中能充分有效地发挥减阻性能,显著地降低了模拟卤水在管道中的流动阻力,减少了采、输能耗,成功获得了一种适用于提输深层卤水管道的新型水溶性高分子减阻剂。
摘要:以聚丙烯酰胺(PAM)为减阻剂,清水或卤水为流动介质,研究了PAM在清水及卤水管道中的减阻性能。结果表明,随着PAM浓度的增加,减阻率开始时显著增大,以后增加缓慢并趋于稳定值;随着雷诺数的增大减阻率逐渐增大,基本呈线性关系;温度对减阻率有较大影响,随着温度升高减阻率逐渐降低;含盐量对减阻率也有较大影响,随着含盐量增大减阻率明显降低;在温度和含盐量的双重影响下,减阻率下降更为明显。因此PAM是一种性能良好的清水管道减阻剂,但若将其用于深层地下卤水开采管道,必须对PAM进行改性,以增加其耐温和耐盐性能。
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