适于煤层气锆冻胶压裂液的PAM合成

针对煤层气压裂液所用锆交联冻胶对聚丙烯酰胺（PAM）相对分子质量及其分子链上－COO－数目和分布（即水解度）要求严格等问题，分别以丙烯酰胺、过硫酸铵作为聚合单体和引发剂，采用双温度调控水溶液自由基聚合法，制备了链结构可控的聚丙烯酰胺。 通过引发剂的种类、反应温度、引发剂的加入温度、单体含量、反应时间及引发剂加入量等因素控制聚丙烯酰胺（PAM）的相对分子质量、水解度、粘度等特性参数，初步探讨了合成条件与PAM性能之间的关系。利用PAM与无机锆交联剂的交联情况及交联后冻胶强度等技术对样品作为煤层气井锆交联冻胶压裂液基液的可行性进行表征。结果表明，在适宜的合成条件下，运用过硫酸铵做引发剂，采用双温度控制法不仅可以合成出高相对分子质量、低水解度的PAM，而且所得产品与无机锆盐具有良好的交联效果。其中过硫酸铵加入量是控制PAM相对分子质量及交联效果的主导因素，而聚合反应温度影响PAM的水解度。 为了研究锆离子与PAM低温下如何发生交联反应进而生成失去流动性的体系，基于交联反应动力学，考察了聚丙烯酰胺（PAM）的结构和种类、相对分子质量、浓度、水解度，交联比以及体系中H+浓度对成冻时间、冻胶强度的影响。同时分析了无机锆盐在水溶液中性质，进而得出锆冻胶的交联机理，即锆离子水解后形成多核羟桥络离子，多核羟桥络离子通过与聚丙烯酰胺的羧基形成极性键和配位键产生交联。 利用煤层气压裂液评价标准，以合成的最优PAM为原料对锆交联冻胶进行系列的煤层气井压裂液性能评价实验。结果表明，低温下锆冻胶压裂液耐剪切能力强，具有较好的携砂造缝能力，体系的滤失系数小；采用氧化还原体系能使锆冻胶在2h内破胶，破胶液毛细管粘度小于5mPa·s即破胶后无残渣。锆冻胶压裂液配制简单、添加剂用量小、成冻基液浓度低，满足压裂液要求。