预交联聚丙烯酰胺分散体系（PCPD)是一种新 的深部调驱体系，由水介质分散聚合方法[14]制备。 在该体系中，丙烯酰胺发生聚合，同时在盐的作用 下，逐渐增长的高分子链被盐溶液中的电荷所压缩、 卷曲，在这个过程中，加人适当的交联剂，制备获 得高浓度、高密度的聚合物胶乳产品——预交联聚 丙烯酰胺分散体系。PCPD稀溶液微观状态是充分 打开的线团，具备良好的架桥封堵能力。通过调整 反应条件、交联比、加入交联剂的时机等控制交联 聚合物高分子线团在水溶液中的形态，达到封堵油 藏孔喉的目的，进而具备调驱特性。

微孔滤膜过滤方法[15_16]是一种简单、快速、有 效的评价调驱剂封堵能力的方法，即用混合纤维素 酯膜模拟油藏的孔喉，以调驱剂溶液通过滤膜的能 力来评价其封堵性能。笔者通过水介质分散聚合方 法制备了预交联聚丙烯酰胺分散体系，采用微孔滤 膜过滤方法研究了各种因素对预交联聚丙烯酰胺分 散体系封堵性能的影响。

1实验部分

1.1试剂

丙烯酰胺，过硫酸铵，分析纯，广东汕头市西 陇化工厂产品；丙烯酸，亚硫酸氢钠，分析纯，北 京益利精细化学品有限公司产品；氢氧化钠，分析 纯，北京现代东方精细化学品有限公司产品；氯化 钠，分析纯，北京北化精细化学品有限责任公司产 品；结构相同、相对分子质量不同的阴离子稳定剂、 交联剂，实验室自制；其他试剂均为分析纯。

1.2分散体系的制备

在配有冷凝管、温度计、N2导管和搅拌器的 500 mL四口圆底烧瓶中，加人丙烯酰胺、丙烯酸、 氢氧化钠、去离子水、盐和分散剂，搅拌均匀。升 温至30°C，通入N2 30 min后，加入引发剂。其中 单体质量分数15%，盐质量分数17. 2%，稳定剂质 量分数1.5%，引发剂质量分数0.001%。反应22 h 后得阴离子聚丙烯酰胺分散体系。继续加入交联剂 溶液（交联比80 : 1),于40°C下继续反应10 h,得 到预交联聚丙烯酰胺分散体系（PCPD)。

1.3特性黏度的测定

采用乌氏黏度计测定分散体系的特性黏度，测 定温度为（25 士 0• 1)°C。

1.4表观黏度的测定

采用HAAKE RS 150型流变仪测定分散体系 的表观黏度，测定温度为（25 土 0. 1)°C。

1.5扫描电镜观测

用滴管吸取1〜2滴分散体系稀溶液于洁净盖 玻片上，使之形成均匀液膜，自然千燥即可得干片。 干片喷金后，用扫描电镜观察，选择典型区域拍 照。

1.6微孔滤膜过滤

采用孔径为1. 2 pm混合纤维素酯膜进行微孔 滤膜过滤实验。实验压力50 kPa，样品质量浓度 100 mg/L。记录每滤出2.5 mL液体的时间，直到 滤过25 mL液体为止。

2结果与讨论

2.1预交联聚丙烯酰胺分散体系（PCPD)产品的性

质

2.1.1 PCPD产品物性

表1为聚丙烯酰胺分散体系（PD)和PCPD的基 本物性参数。由表1可以看出，相同条件下， PCPD的特性黏度（7)低于PD，但其表观黏度(")高 于PD。

表1聚丙烯酰胺分散体系（PD>和预交联聚丙烯酰胺 分散体系（PCPD)的基本物性参数 Table 1 Basic properties of PD and PCPD

SampleStateV/CL.g-1)戶/ (Pa • s)

PDLatex1.0857. 00

PCPDLatex0. 60415. 77

7]—Intrinsic viscosity；/i—-Apparent viscosity

2. 1.2微观形态

图1为PD和PCPD稀溶液干片的SEM照片。 由图1可以看出，PD干片由呈多分散的球形粒子 组成，多数粒子为高分子线团的聚集体，粒径在 2 Mm左右；PCPD干片由纳米级的多分散粒子组 成，粒子或分散或聚集，呈球状，尺寸明显缩小， 在 100~300 nm 之间。

PCPD由PD与交联剂溶液进行交联反应制得。 交联剂溶液的加人势必会使PD稀释，导致少量交 联剂在分散介质中进行交联，因此PCPD的表观黏 度高于PD。虽然少量交联剂在分散介质中进行交 联，但大部分在聚合物分散相中进行反应，因此 PCPD产品特性黏度降低，粒子粒径明显缩小。

2.2预交联聚丙烯酰胺分散体系（PCPD)的封堵性 能

2.2.1与PD封堵性能的对比

用孔径为1. 2 的微孔滤膜在压差50 kPa下， 分别过滤质量浓度为100 mg/L PCPD和PD的稀溶 液（其中NaCl质量浓度为2000 mg/L)，考察过滤 体积随过滤时间的变化，结果如图2所示。

由图2可以看出，PCPD与PD的过滤规律完 全不同。PD的V-t曲线为直线，说明在流过较大 体积时过滤速率（即直线斜率）几乎不变，未对滤膜 造成封堵；PCPD的V-t曲线呈抛物线状，过滤速 率缓慢下降，说明能够对1. 2的滤膜形成封堵。

PCPD中的交联聚合物分子完全不同于PD中

的聚合物分子，两者变形能力不同。虽然在外加电 解质的作用下，PD中的聚合物分子卷曲成团，但 由于相对分子质量有限，且该线团可舒展，在一定 压差流动条件下，容易变形拉伸，可快速通过滤膜， 不会封堵滤膜；PCPD中的交联聚合物分子由于有 交联点的存在，其形态的变化有很大的局限性，容 易在滤膜孔内架桥封堵，显示出良好的封堵性能。 2.2.2 PCPD质量浓度对其封堵性能的影响

图3为不同质量浓度的PCPD(其中NaCl浓度 均为2000 mg/L)通过微孔滤膜的过滤体积（VO-过 滤时间“)曲线。由图3可知，随着PCPD质量浓度 的增加，分散体系对1.2 pm膜的封堵作用增强，变 化较为明显。增加PCPD质量浓度，单位体积内交 联聚合物分子的数量增大，容易吸附架桥滞留，对 微孔滤膜的封堵速率增大，因而封堵作用增强。

25 10

5

图3不同质置浓度的PCPD通过微孔滤膜的V-f曲线 Fig. 3 V-t curves of PCPD with different mass concentrations through micro-pore membrane

c( NaCl) ==2000 mg/Lj /»=50 kPa c(PCPD)/(mg.L-1)s (1) 50； (2) 75? (3) 100；

(4)125； (5) 150

2. 2. 3放置时间对PCPD封堵性能的影响

将质量浓度为1〇〇 mg/L的PCPD(其中NaCl 浓度均为2000 mg/L),在25°C下放置不同时间后， 在50 kPa压力下通过微孔滤膜的过滤体积与过滤时 间的关系如图4所示。

由图4可以看出，PCPD通过微孔滤膜的V-f 曲线斜率均随过滤时间的延长而变小，表明该分散 体系在50 kPa压力下能对1. 2 pm微孔滤膜形成封 堵。此外，V-f曲线斜率随放置时间的延长略有增 加，说明封堵能力随放置时间的延长稍有下降，可 能是由于交联的聚合物大分子的链断裂。封堵能力 随时间变化较小也说明PCPD不需要溶胀就会成为 无规交联线团在水中的分散体系，线团柔性较强， 线团之间的吸引力或线团与纤维素膜孔道间的附着 力较强，因而极易对滤膜形成架桥封堵。

图4 PCPD放置不同时间（以后通过微孔滤膜的曲线 Fig. 4 V-t curves of PCPD through micro-pore membrane after different storage periods (U)

c(NaCl) = 2000 mg/L? p=50 kPa /f/d： (1) 1? (2) 5? (3) 10j (4) 15j (5) 20； (6) 25? (7) 30

2.2.4放置温度对PCPD封堵性能的影响

将质量浓度为100 mg/L的PCPD(其中NaCl 质量浓度均为2000 mg/L)于不同温度下放置15 d 后，在25芄及50 1^^压力下，记录其通过1.2^111 微孔滤膜的曲线，如图5所示。

图5 PCPD在不同温度（0)下放置IS d后通过 微孔滤膜的V-Z曲线

Fig. 5 V-t curves of PCPD through micro-pore membrane after storage 15 d under different temperatures! tf)

c(NaCl) = 2000 mg/L? ^>=50 kPa 6/X：： (1) 25? (2) 45; (3) 70； (4) 90

由图5可以看出，随着放置温度的升高，PCPD 通过1. 2 /mi滤膜的过滤时间逐渐变短。虽然高温 有利于高聚物的溶解，但在高温有氧的条件下，交 联的聚合物分子会发生降解，使分子链断裂，导致 过膜时间大幅缩短，封堵能力下降。这在90°C的高 温下表现尤为明显。

2.2.5盐浓度对PCPD封堵性能的影响

固定PCPD的质量浓度（100 mg/L)，用1. 2 pm 微孔滤膜在〇• 05 MPa压力下，分别测定NaCl、 CaCl2 2种盐及其不同质量浓度下PCPD通过滤膜 的曲线，如图6所示。

图6在不同种类及浓度的盐介质中PCPD通过 微孔滤膜的V4曲线

Fig. 6V-/ carves of PCPD through micra*pore membrane

in different sorts and mass concentrations of salts

(a)cCNaCD/Cmg.L-1)： (1) 0? (2) 2000； (3) 5000?

(4) 20000； (5) 50000? (6) 100000

(b)c(CaCl2)/(mg. L-1)： (1) 50； (2) 100； (3) 150»

(4) 200； (5) 250； (6) 300

由图6可见，增加体系中NaCl质量浓度， PCPD对膜的封堵几乎不变，显示出良好的抗一价 盐能力；随着体系中CaCl2质量浓度的增加， PCPD对膜的封堵能力逐渐降低。PCPD是在盐水 溶液中制备而得，实验考察范围内，外加Na+对交 联聚合物线团的影响甚小，Na+易在松散的线团内 部与外部达到浓度平衡；Ca2+则会严重压缩双电层 及水化层，使线团柔性减弱，刚性增强，架桥能力 减弱，从而直接导致PCPD封堵能力下降。此外， 部分Ca2+会与溶液中少量的SCT形成沉淀，迫使 交联聚合物线团或线团絮状体沉降，从而失去良好 的架桥封堵能力。

2.2.6 PCPD与其他几种调驱体系封堵能力差别的 原因分析

胶态分散凝胶（CDG)、交联聚合物溶液（LPS) 均是低浓度部分水解聚丙烯酰胺（HPAM)与柠檬酸 铝(AlCit)形成的交联体系，此类交联体系以分子内 交联为主。不同的是两者所使用的HPAM的质量 浓度范围有所差异，前者为1〇〇〜1200 mg/L，后者 则须低于300 mg/L。CDG和LPS均是交联聚合物 线团（LPC)在水中的分散体系。LPC极易吸附、架 桥、滞留，能够实现对油藏孔喉的有效封堵。 CDG、LPS所存在的主要问题，一是注人量不能按 需增加（由HPAM浓度决定），二是受配制水的影 响。由反相微乳液聚合方法制备的交联聚合物微球 体系解决了上述问题，但由于微球是在微小的乳液 滴内形成，交联剂通过化学键将微球连接的较为致 密，导致微球在水溶液中打开程度有限，仅为溶胀 颗粒，其对孔喉的封堵能力不如LPC，致使液流改 向能力有限，波及面积与理想状况有所差距，因此 最终调剖及驱油效果不如CDG及LPS。

PCPD由水介质分散聚合方法制备（聚丙烯酰胺 质量分数高达15%)。该体系不存在注人量及配置 水的问题。预交联聚丙烯酰胺分散体系封堵性能几 乎不随放置时间的延长而变化，表明该体系稀溶液 中的交联聚合物线团能够充分打开，形成交联聚合 物线团在水中的分散体系。该线团具有强大的封堵 能力，且与LPC或微球体系中的溶胀颗粒不同。前 者线团较为松散，几乎不受NaCl浓度的影响，具 有很好的抗盐能力；后两者易受到反离子（Na+、 K+等）的压缩，封堵能力受矿化度的影响较大。通 过以上分析可知，PCPD与CDG、LPS及交联聚合 物微球体系存在本质差别；分散体系中的交联聚合 物线团具有良好的架桥封堵能力。

3结论

(1)预交联聚丙烯酰胺分散体系中交联聚合物

线团尺寸为100〜300 nm。

(2)100 mg/L的预交联聚丙烯酰胺分散体系在 50 kPa的压力下，可以对1.2 /mi的混合纤维素酯 膜形成有效封堵。

(3)随着预交联聚丙烯酰胺分散体系浓度的增 加，单位体积内交联聚合物分子数目逐渐增多，封 堵能力逐渐增强；预交联聚丙烯酰胺分散体系封堵 能力随放置时间的延长略有降低；预交联聚丙烯酰 胺在较高的温度下已发生降解，封堵能力下降； 预交联聚丙烯酰胺分散体系具有很好的抗一价盐的 能力。