[發明專利]基于水動力學尺寸的聚合物臨界締合濃度的測定方法

有效

• 申請號: 202011594974.9
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112858580B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 李宜強;陳鑫;劉哲宇;張含;高文彬;隋銘月;湯翔
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 黃健

本發明提供一種基于水動力學尺寸的聚合物臨界締合濃度的測定方法，包括：(1)分別測定不同濃度聚合物溶液的聚合物水動力學尺寸；(2)根據步驟(1)的聚合物水動力學尺寸測定結果，獲取聚合物水動力學尺寸與聚合物溶液濃度的第一關系曲線，根據所述第一關系曲線的拐點確定臨界締合濃度。本發明提供的測試方法能夠高效測定聚合物的臨界締合濃度，且普適性強。

技術領域

本發明涉及油田開發領域，具體涉及一種基于水動力學特征尺寸的聚合物臨界締合濃度的測定方法。

背景技術

臨界締合濃度(critical associating concentration，CAC)是指疏水改性聚合物(或稱疏水締合聚合物)在溶液中達到一定濃度值后，疏水基團傾向于發生分子內和分子間的疏水締合，形成空間網絡結構，溶液粘度大幅增加，該濃度值即為臨界締合濃度(與臨界膠束濃度相似)。

三次采油用的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)的耐溫耐鹽性能較差，而疏水締合聚合物是在聚合物分子鏈上引入疏水基團，使其在水溶液中存在著CAC，由此疏水締合聚合物溶液才表現出了其獨特的抗溫、抗鹽、抗剪切性、特殊的流變性和黏彈性等溶液性能。疏水締合聚合物在發生締合前增粘能力較低，發生締合效應后才能有效地提高采收率，因此疏水締合聚合物的CAC測定及其影響因素分析對于疏水締合聚合物的實際應用具有重要意義。

目前，主要是通過粘濃曲線測定CAC，即通過測試一系列疏水締合聚合物的濃度所對應的粘度，根據粘度-濃度關系曲線的拐點確定疏水締合聚合物的CAC(如圖1^[1]所示)，所基于的原理主要是隨著疏水締合聚合物濃度的增加其溶液的粘度呈增加趨勢，而疏水締合聚合物的締合過程應經歷兩個階段，即具有第一臨界締合濃度(CAC1)和第二臨界締合濃度(CAC2)，而在研究締合聚合物溶液增黏性、耐溫耐鹽等特性時，所要求的臨界締合濃度是指第二臨界締合濃。具體來說，當濃度達到CAC1后，開始出現分子間締合和分子內締合(可能以分子內締合為主)，分子間締合的增粘作用和分子內締合的降粘作用綜合后，疏水締合聚合物溶液的增粘幅度變大，即粘度-濃度關系曲線開始以較大斜率變化，出現第一個拐點(該拐點對應的濃度為CAC1)；當濃度進一步增加，分子內締合的降粘作用達到平衡，疏水締合聚合物分子數量/濃度的增加主要影響分子間締合空間結構的大小，此時溶液粘度隨濃度增加而呈現更大幅度的上升，即粘度-濃度關系曲線出現第二個拐點，該第二拐點對應的濃度即為CAC2。

列舉通過粘度測試聚合物締合程度的相關研究和報道如下：中國專利文獻CN102564899A公開了一種測定疏水締合聚丙烯酰胺溶液中分子間締合貢獻程度的方法，該方法通過比較分子間締合作用破壞前后疏水締合型聚丙烯酰胺溶液的零剪切粘度，定量計算分子間締合作用對于超分子溶液結構的貢獻程度，即，通過測試聚合物剪切破壞締合結構前后溶液的粘度變化，計算締合對于溶液增粘的貢獻；CN103837443A公開了一種疏水締合聚合物表觀粘度受溫度影響的測試方法，該方法包括：(a)制備疏水締合聚合物；(b)將疏水締合聚合物溶解成相同質量濃度的溶液；(c)分別取疏水締合聚合物溶液置于不同的實驗容器中；(d)將實驗容器分別置于不同溫度的水浴中；(e)在相同速度的攪拌條件下，通過粘度計測得不同溫度下的疏水締合聚合物溶液的表觀粘度，從而得出疏水締合聚合物表觀粘度受溫度的影響。

然而，聚合物的締合和粘度是分子結構決定的兩個并列屬性，粘度并不能直接反應分子的締合結構，僅通過粘度的變化反推締合程度不夠精準，例如，對于非疏水改性的普通聚合物(不產生締合結構，無CAC)，其粘度-濃度關系曲線同樣存在拐點，該拐點顯然并非由于締合造成的，即聚合物的締合結構與粘度之間并沒有絕對的因果關系。因此，常規通過粘度-濃度關系籠統測定CAC的方法準確度有限，且普適性較差，這也一直是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

相關文獻：

^[1]：孫尚如等，疏水締合聚合物臨界締合濃度研究，油田化學，2004年，第21卷第2期。

發明內容