[发明专利]基于水动力学尺寸的聚合物临界缔合浓度的测定方法

说明书

本发明提供一种基于水动力学尺寸的聚合物临界缔合浓度的测定方法，包括：(1)分别测定不同浓度聚合物溶液的聚合物水动力学尺寸；(2)根据步骤(1)的聚合物水动力学尺寸测定结果，获取聚合物水动力学尺寸与聚合物溶液浓度的第一关系曲线，根据所述第一关系曲线的拐点确定临界缔合浓度。本发明提供的测试方法能够高效测定聚合物的临界缔合浓度，且普适性强。

技术领域

本发明涉及油田开发领域，具体涉及一种基于水动力学特征尺寸的聚合物临界缔合浓度的测定方法。

背景技术

临界缔合浓度(critical associating concentration，CAC)是指疏水改性聚合物(或称疏水缔合聚合物)在溶液中达到一定浓度值后，疏水基团倾向于发生分子内和分子间的疏水缔合，形成空间网络结构，溶液粘度大幅增加，该浓度值即为临界缔合浓度(与临界胶束浓度相似)。

三次采油用的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)的耐温耐盐性能较差，而疏水缔合聚合物是在聚合物分子链上引入疏水基团，使其在水溶液中存在着CAC，由此疏水缔合聚合物溶液才表现出了其独特的抗温、抗盐、抗剪切性、特殊的流变性和黏弹性等溶液性能。疏水缔合聚合物在发生缔合前增粘能力较低，发生缔合效应后才能有效地提高采收率，因此疏水缔合聚合物的CAC测定及其影响因素分析对于疏水缔合聚合物的实际应用具有重要意义。

目前，主要是通过粘浓曲线测定CAC，即通过测试一系列疏水缔合聚合物的浓度所对应的粘度，根据粘度-浓度关系曲线的拐点确定疏水缔合聚合物的CAC(如图1^[1]所示)，所基于的原理主要是随着疏水缔合聚合物浓度的增加其溶液的粘度呈增加趋势，而疏水缔合聚合物的缔合过程应经历两个阶段，即具有第一临界缔合浓度(CAC1)和第二临界缔合浓度(CAC2)，而在研究缔合聚合物溶液增黏性、耐温耐盐等特性时，所要求的临界缔合浓度是指第二临界缔合浓。具体来说，当浓度达到CAC1后，开始出现分子间缔合和分子内缔合(可能以分子内缔合为主)，分子间缔合的增粘作用和分子内缔合的降粘作用综合后，疏水缔合聚合物溶液的增粘幅度变大，即粘度-浓度关系曲线开始以较大斜率变化，出现第一个拐点(该拐点对应的浓度为CAC1)；当浓度进一步增加，分子内缔合的降粘作用达到平衡，疏水缔合聚合物分子数量/浓度的增加主要影响分子间缔合空间结构的大小，此时溶液粘度随浓度增加而呈现更大幅度的上升，即粘度-浓度关系曲线出现第二个拐点，该第二拐点对应的浓度即为CAC2。

列举通过粘度测试聚合物缔合程度的相关研究和报道如下：中国专利文献CN102564899A公开了一种测定疏水缔合聚丙烯酰胺溶液中分子间缔合贡献程度的方法，该方法通过比较分子间缔合作用破坏前后疏水缔合型聚丙烯酰胺溶液的零剪切粘度，定量计算分子间缔合作用对于超分子溶液结构的贡献程度，即，通过测试聚合物剪切破坏缔合结构前后溶液的粘度变化，计算缔合对于溶液增粘的贡献；CN103837443A公开了一种疏水缔合聚合物表观粘度受温度影响的测试方法，该方法包括：(a)制备疏水缔合聚合物；(b)将疏水缔合聚合物溶解成相同质量浓度的溶液；(c)分别取疏水缔合聚合物溶液置于不同的实验容器中；(d)将实验容器分别置于不同温度的水浴中；(e)在相同速度的搅拌条件下，通过粘度计测得不同温度下的疏水缔合聚合物溶液的表观粘度，从而得出疏水缔合聚合物表观粘度受温度的影响。

然而，聚合物的缔合和粘度是分子结构决定的两个并列属性，粘度并不能直接反应分子的缔合结构，仅通过粘度的变化反推缔合程度不够精准，例如，对于非疏水改性的普通聚合物(不产生缔合结构，无CAC)，其粘度-浓度关系曲线同样存在拐点，该拐点显然并非由于缔合造成的，即聚合物的缔合结构与粘度之间并没有绝对的因果关系。因此，常规通过粘度-浓度关系笼统测定CAC的方法准确度有限，且普适性较差，这也一直是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

相关文献：

^[1]：孙尚如等，疏水缔合聚合物临界缔合浓度研究，油田化学，2004年，第21卷第2期。

发明内容