当水解后形成HPAM,其中含有大量的羧钠基 (COONa),羧钠基进而解离出Na+使分子变成带负 电的阴离子,阴离子间相互排斥更使分子展开,而进 入大分子链中空穴的小分子的取向也会调整,其正 电荷端会与大分子表面相吸引,形成一溶剂化层。 这也是聚丙烯酰胺増粘的根本所在。但是在非极性 的有机溶剂中,符合/相似相溶”原理,其溶解度就很 低,这些有机溶剂就是非良性溶剂,这正是聚丙烯酰胺降低水的流度比降低油的流度大得多的原因所在。
由于价格和性能方面的原因,在注聚合物水驱 或复合驱提高原油采收率过程中,95%以上的油田 矿场实验采用了聚丙烯酰胺(PAM)及其离子形式:
水解聚丙烯酰胺(HPAM)。
聚丙烯酰胺是一种聚电解质,它的链中带有极 性较强的酰胺基团,使之与水和电解质的盐水溶液 亲和性质很强,易溶于水和盐水中,当然这种基团间 排斥力较强,分子链在溶液中呈现比较舒展的状态。
因此它们可数量级地提高注入水的粘度,降 低水/油流度比,起到平衡油藏固有的非均质性、扩 大驱扫效率与波及面积,提高原油采收率。由于它 会随着其溶剂一道进入最易进入大的孔喉,这些区 域又是注水开采中油洗得最为彻底,最容易发生水 窜、水锁导致水驱效果变差的重要部位。当高分子 量的聚合物进来后会发生在矿物、岩石表面的吸附, 在孔喉变小处发生机械捕集和水动力捕集,利用这 一点可以堵水调剖。吸附滞留的广泛发生一方面对 提高驱替液的驱扫效率起到了积极作用,另一方面 聚合物自身也受到消耗,导致在传播过程中逐渐失 效,可见对聚合物在矿物岩石表面及孔隙介质中的 吸附滞留的研究非常关键。
聚丙烯酰胺在矿物上的吸附主要受到聚合物自身、矿物的特性和共处的介质环境等3大方面因素 影响。聚丙烯酰胺自身包括自身结构、分子量、水解 度、浓度等。矿物特性包括矿物种类、表面特性、表 面电荷、结构构造、润湿性等。共处的介质环境包括 环境温度、压力、以及液相中是否有电解质、电解质 的类型、离子强度等。大量的文献资料表明,人们对 聚丙烯酰胺自身性质和介质环境对吸附损耗影响的研究较多,对于聚合物在二氧化硅和金属氧化 物等固体材料上的吸附也作过研究,对聚合物 在岩心中和在储层砂或某些油砂上的表观综合损耗 也有研究但是对聚丙烯酰胺在多种储层矿物上 的吸附损耗即到底在哪些矿物上吸附多、在哪些矿物上吸附少以及矿物之间对聚丙烯酰胺有何影响的 协同效应研究较少。因此,很有必要对矿物种类 对聚丙烯酰胺吸附的影响进行系统研究。
这些研究结果可从矿物的化学组成、所含离子 种类、释放出阳离子的难易程度因素来得以解释。 石膏在溶液中较容易释放出Ca2+,对聚丙烯酰胺的的矿物中最大。由于蒙脱石中含有较多的二价离 子,其晶层又容易膨胀,对聚合物有较大的吸引力,聚 合物分子可进入晶层间,因此其吸附量也较大。对其 它粘土矿物如高岭石虽然只含有少量的二价阳离子,但是其比表面大,使其吸附能力较大。而黑云母、白 云母等比表面较小,其吸附主要靠二价阳离子的吸引力。对于方解石、白云石,因其中含有Ca2+或Mg2+, 也对聚合物产生较强的吸附作用。白云石相对容易 析出阳离子,其吸附量也略大于方解石的。而石英及 斜长石等铝、硅酸盐矿物,因其中可以溶出的二价离子较少,比表面又小,因此吸附能力最弱。