超高分子量聚丙烯酰胺的研究
摘要
聚丙烯酰胺是一种水溶性聚合物，因其稀溶液黏度很大，被广泛应用于油田三次采油中做为驱油
剂来提高石油采收率(EOR)。大庆油田聚合物驱油技术工业化应用结果表明，采用聚合物驱平均提高采
收率约9.5%，平均每注1吨聚合物可增油150吨。各大油田已将聚合物驱技术全面推入工业化应用，
聚合物的需求急剧上升。
随着聚合物驱等三采技术的发展，特别是聚合物驱在大庆的成功实施，为大庆油田继续保持高产、
稳产找到了一个切实可行的办法。大庆油田现已建成的聚丙烯酰胺生产装置，全套引进法国SNF公司
的生产技术和设备，采用丙烯酰胺中浓度水溶液聚合碳酸钠共水解工艺。每年可为油田提供5万吨分
子量为500万~1500万的阴离子型驱油聚丙烯酰胺产品，为油田注聚合物驱采油技术的应用提供了可
靠的保证。
随着三次采油技术的不断发展，研究认为大庆油田的砂岩油层较低适合用聚丙烯酰胺、表面活性
剂、碱三元复合驱油技术。室内研究及矿场研究试验结果证明三元复合驱要比水驱提高采出率20%以
上，而且驱效果明显好于单纯注聚合物驱，适用范围比单注聚合物更广阔。在三元复合驱技术中，对
聚丙烯酰胺分子量提出了更高的要求，这是因为:
1)在三元复合体系中使用超高分子量聚丙烯酰胺，可提高三元体系中的粘度，降低高渗透油层的
渗透率，增加吸水厚度，提高中、低渗透层的吸水能力，以利于大幅度提高原油采收率;
2)三元复合体系粘度一定的条件下，使用超高分子量聚丙烯酰胺，可减少2/5以上的用量;
3)高分子量聚合物相对低分子量聚合物具有粘度高和残余阻力系数大等优点，残余阻力系数大，
采收率增加幅度大。因此，应用超高分子量聚丙烯酰胺会大大提高三次采油技术的经济效果。
价格低的高分子量聚丙烯酰胺是最为经济的，特别是超高分子量聚丙烯酰胺的应用，相对低分子
量的聚丙烯酰胺不仅大大减少了三采的成本，而且提高了采收率。其主要原因是在同等粘度下，不仅
聚丙烯酰胺用量大大减少，而且其效果也比低分子量聚丙烯酰胺好。因此进一步提高驱油聚丙烯酰胺
分子量就成了各生产厂家及研究单位的主要课题。
本研究的目的就是利用现有生产装置的生产设备、生产工艺及生产条件，通过开发超高分子量聚
合配方，生产出超高分子量(分子量1700万以上)驱油聚丙烯酰胺产品，满足油田三次采油的需要。
本课题通过运用实验室聚合模拟实验和对聚丙烯酰胺产品性能的检测，对现有聚合方法进行了系
统评价研究，从丙烯酰胺单体的产品质量、引发温度、单体浓度、介质PH值以及引发体系中各组分配
比等方面入手分析了影响产品质量(特别是分子量、过滤比)的相关因素;在以上研究的基础上，结
合现有装置的工艺特点，通过实验室模拟实验，筛选引发体系，优化聚合配方，确定实验室小试的最
佳反应条件和最佳配方。通过实验室中试及生产线试生产进一步优化聚合配方，完善反应条件，适当
调整工艺过程，达到最佳效果和产品质量
工业化实验结果表明利用现有生产装置生产出符合三次采油技术要求的超高分子量驱油聚丙烯酰
胺产品，并大规模工业生产，实现年产5万吨超高分子量驱油聚丙烯酰胺产品。
1、聚丙烯酰胺生产工艺技术研究
1)、釜式聚合中因放出大量的聚合热，使聚合反应体系温度随着聚合反应的不断进行而逐渐升高
的特点，随着温度升高，聚丙烯酰胺分子量下降，特别是高于15℃以后，聚丙烯酰胺的分子量显著下
降。要提高聚合产品的聚合度，必须降低聚合初始温度和控制聚合反应速度。降低聚合初始温度(T_0)
来提高分子量，但从反应曲线看T_0过低反应速度变慢，甚至不能完全反应。
2)、单体浓度对聚丙烯酰胺分子量的影响
实验考察了单体AM浓度对聚丙烯酰胺分子量的影响，结果表明分子量与浓度的关系曲线上存在着
一极大值，在介于2.4-3.3mol/L的浓度范围内分子量较高。根据单体浓度对分子量影响和工业生产的
要求，即可确定出合适的丙烯酞胺单体的聚合浓度。
3)、引发体系对聚丙烯酞胺分子量的影响
现有聚合引发体系中，氧化一还原引发剂反应活性较低，在低于18℃时，很难引发聚合。当温度
升高时，虽能正常引发，但反应速度过快，自由基浓度迅速增加，使聚合反应速度不易控制。而使用
的偶氮类引发剂在同类引发剂中分解温度最高()60亡)，且分解速度较快，导致聚合速度过快。另外，
此偶氮类引发剂不溶于水，这使得其无法均匀分布在反应体系中，聚合反应过程中会出现局部引发剂
浓度过高，反应过快的现象。
通过以上分析，目前使用的引发剂属高温强催化剂，制约了聚合初始温度的降低，且反应速度过
快，不易控制。认为这是影响大庆聚丙烯酞胺装置PAM分子量的根本原因。
4)、链转移剂对聚丙烯酞胺分子量的影响
在研究自由基聚合时，特别是合成线型高分，链转移剂是一种必不可少的催化剂，它能及时终止
反应，以防L卜大分子基团支链化或形成空间网状结构，而减少其用量，可延长链增长时间，提高聚合
度。现有聚合方法中链转移剂虽能保证PAM的线?
剂来提高石油采收率(EOR)。大庆油田聚合物驱油技术工业化应用结果表明，采用聚合物驱平均提高采
收率约9.5%，平均每注1吨聚合物可增油150吨。各大油田已将聚合物驱技术全面推入工业化应用，
聚合物的需求急剧上升。
随着聚合物驱等三采技术的发展，特别是聚合物驱在大庆的成功实施，为大庆油田继续保持高产、
稳产找到了一个切实可行的办法。大庆油田现已建成的聚丙烯酰胺生产装置，全套引进法国SNF公司
的生产技术和设备，采用丙烯酰胺中浓度水溶液聚合碳酸钠共水解工艺。每年可为油田提供5万吨分
子量为500万~1500万的阴离子型驱油聚丙烯酰胺产品，为油田注聚合物驱采油技术的应用提供了可
靠的保证。
随着三次采油技术的不断发展，研究认为大庆油田的砂岩油层较低适合用聚丙烯酰胺、表面活性
剂、碱三元复合驱油技术。室内研究及矿场研究试验结果证明三元复合驱要比水驱提高采出率20%以
上，而且驱效果明显好于单纯注聚合物驱，适用范围比单注聚合物更广阔。在三元复合驱技术中，对
聚丙烯酰胺分子量提出了更高的要求，这是因为:
1)在三元复合体系中使用超高分子量聚丙烯酰胺，可提高三元体系中的粘度，降低高渗透油层的
渗透率，增加吸水厚度，提高中、低渗透层的吸水能力，以利于大幅度提高原油采收率;
2)三元复合体系粘度一定的条件下，使用超高分子量聚丙烯酰胺，可减少2/5以上的用量;
3)高分子量聚合物相对低分子量聚合物具有粘度高和残余阻力系数大等优点，残余阻力系数大，
采收率增加幅度大。因此，应用超高分子量聚丙烯酰胺会大大提高三次采油技术的经济效果。
价格低的高分子量聚丙烯酰胺是最为经济的，特别是超高分子量聚丙烯酰胺的应用，相对低分子
量的聚丙烯酰胺不仅大大减少了三采的成本，而且提高了采收率。其主要原因是在同等粘度下，不仅
聚丙烯酰胺用量大大减少，而且其效果也比低分子量聚丙烯酰胺好。因此进一步提高驱油聚丙烯酰胺
分子量就成了各生产厂家及研究单位的主要课题。
本研究的目的就是利用现有生产装置的生产设备、生产工艺及生产条件，通过开发超高分子量聚
合配方，生产出超高分子量(分子量1700万以上)驱油聚丙烯酰胺产品，满足油田三次采油的需要。
本课题通过运用实验室聚合模拟实验和对聚丙烯酰胺产品性能的检测，对现有聚合方法进行了系
统评价研究，从丙烯酰胺单体的产品质量、引发温度、单体浓度、介质PH值以及引发体系中各组分配
比等方面入手分析了影响产品质量(特别是分子量、过滤比)的相关因素;在以上研究的基础上，结
合现有装置的工艺特点，通过实验室模拟实验，筛选引发体系，优化聚合配方，确定实验室小试的最
佳反应条件和最佳配方。通过实验室中试及生产线试生产进一步优化聚合配方，完善反应条件，适当
调整工艺过程，达到最佳效果和产品质量
工业化实验结果表明利用现有生产装置生产出符合三次采油技术要求的超高分子量驱油聚丙烯酰
胺产品，并大规模工业生产，实现年产5万吨超高分子量驱油聚丙烯酰胺产品。
1、聚丙烯酰胺生产工艺技术研究
1)、釜式聚合中因放出大量的聚合热，使聚合反应体系温度随着聚合反应的不断进行而逐渐升高
的特点，随着温度升高，聚丙烯酰胺分子量下降，特别是高于15℃以后，聚丙烯酰胺的分子量显著下
降。要提高聚合产品的聚合度，必须降低聚合初始温度和控制聚合反应速度。降低聚合初始温度(T_0)
来提高分子量，但从反应曲线看T_0过低反应速度变慢，甚至不能完全反应。
2)、单体浓度对聚丙烯酰胺分子量的影响
实验考察了单体AM浓度对聚丙烯酰胺分子量的影响，结果表明分子量与浓度的关系曲线上存在着
一极大值，在介于2.4-3.3mol/L的浓度范围内分子量较高。根据单体浓度对分子量影响和工业生产的
要求，即可确定出合适的丙烯酞胺单体的聚合浓度。
3)、引发体系对聚丙烯酞胺分子量的影响
现有聚合引发体系中，氧化一还原引发剂反应活性较低，在低于18℃时，很难引发聚合。当温度
升高时，虽能正常引发，但反应速度过快，自由基浓度迅速增加，使聚合反应速度不易控制。而使用
的偶氮类引发剂在同类引发剂中分解温度最高()60亡)，且分解速度较快，导致聚合速度过快。另外，
此偶氮类引发剂不溶于水，这使得其无法均匀分布在反应体系中，聚合反应过程中会出现局部引发剂
浓度过高，反应过快的现象。
通过以上分析，目前使用的引发剂属高温强催化剂，制约了聚合初始温度的降低，且反应速度过
快，不易控制。认为这是影响大庆聚丙烯酞胺装置PAM分子量的根本原因。
4)、链转移剂对聚丙烯酞胺分子量的影响
在研究自由基聚合时，特别是合成线型高分，链转移剂是一种必不可少的催化剂，它能及时终止
反应，以防L卜大分子基团支链化或形成空间网状结构，而减少其用量，可延长链增长时间，提高聚合
度。现有聚合方法中链转移剂虽能保证PAM的线?
引文
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[2]于Supperfloc Afl266用于大庆油田碱—表面活性剂聚合物系统中一种组合的实验室评价，美国SURTEE公司，1998．2：20-25页
[3]E.T.Behrman and J.O.Edwards,Ren. Inorganic,chem.,1980:179p
[4]C.E.Morris and A.G.Parts,Makromol,Chem, 1988:119-212p
[5]大庆石油管理局勘探开发研究院．检验报告．1997：5-85页
[6]张新平等著．有关国内聚丙烯酰胺技术的研究，1997：1-8页
[7]COPOLYMERISATION PRUCESS----50000MT/YEAR,SNF CORP,1997:5-85P
[8]PRELIMINARY INFORMATION ON POLYACRY—LAMIDE PLANT AND ACRY—LAMIDE PLANT,Mit CORP,1997:1-23P
[9]Reagent chemicals,American chemical Socity Specfcations,American Chemical society, Washington,D C,1993:18-26p
[10]欧阳坚等著，聚合实验研究，1997：1-12页
[11]康贵男等著，大庆油田化学助剂厂聚合物工程—设计总结．1996：7-14页
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[13]J.D.Mclean and R.E.Reim,Am,Euo,March, 1993:122p
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[20]徐克明、李荣等．聚丙烯酰胺综合应用
[21]高华星等，精细化工，1988，2：54页
[22]程树军，精细化工，1988，2：56页
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[24]王杰民，化学工程师，1991．2：27-28页
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