防絮凝剂

有机高分子絮凝剂出现于20世纪50年代，它们应用前途广阔，发展非常迅速。已用于给水净化，水/油体系破乳，含油废水处理，废水再资源化及污泥脱水等方面;还可用作油田开发过程的泥浆处理剂，选择性堵水剂，注水增稠剂，纺织印染过程的柔软剂，静电防止剂及通用的杀菌、消毒剂等。

种类和性质

有机高分子絮凝剂有天然高分子和合成高分子两大类。从化学结构上可以分为以下3种类型:(1)聚胺型-低分子量阳离子型电解质;(2)季铵型-分子量变化范围大，并具有较高的阳离子性;(3)丙烯酰胺的共聚物-分子量较高，可以几十万到几百万、几千万，均以乳状或粉状的剂型出售，使用上较不方便，但絮凝性能好。根据含有不同的官能团离解后粒子的带电情况可以分为阳离子型、阴离子型、非离子型3大类。有机高分子絮凝剂大分子中可以带-COO-、-NH-、-SO3、-OH等亲水基团，具有链状、环状等多种结构。因其活性基团多，分子量高，具有用量少，浮渣产量少，絮凝能力强，絮体容易分离，除油及除悬浮物效果好等特点，在处理炼油废水。

非离子型有机高分子絮凝剂

非离子型有机高分子絮凝剂主要是聚丙烯酰胺。它由丙烯酰胺聚合而得。

阴离子型有机高分子絮凝剂

(1)阴离子型有机高分子絮凝剂主要有聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钙以及聚丙烯酰胺的加碱水解物等聚合物。

(2)丙烯酰胺和苯乙烯磺酸盐、木质磺酸盐、丙烯酸、甲基丙烯酸等共聚物。

阳离子型有机高分子絮凝剂

2.4.1季铵化的聚丙烯酰胺

季铵化的聚丙烯酰胺阳离子均是将-NH2经过羟甲基化和季铵化而得，可以分为聚丙烯酰胺阳离子化和阳离子化丙烯酰胺聚合。

(1)由聚丙烯酰胺季铵化

聚丙烯酰胺(PAM)先与甲醛水溶液反应，酰胺基部分羟甲基化，其次与仲胺反应进行烷胺基化，然后与盐酸或胺基化试剂反应使叔胺季铵化。

(2)由季铵化的丙烯酰胺聚合

在碱性条件下，先由丙烯酰胺与甲醛水溶液反应，然后与二甲胺反应，冷却后加盐酸季铵化。产物经蒸发浓缩、过滤，得季铵化丙烯酰胺单体。

聚丙烯酰胺的阳离子衍生物

这类产品多是由丙烯酰胺与阳离子单体共聚合得到的。

两性聚丙烯酰胺聚合物

以部分水解聚丙烯酰胺加入适量甲醛和二甲胺，通过曼尼兹反应合成出具有羧基和胺甲基的两性型聚丙烯酰胺絮凝剂。

丙烯酰胺接枝共聚物

因为淀粉价廉来源丰富，其本身也是高分子化合物，它具有亲水的刚性链，以这种刚性链为骨架，接上柔性的聚丙烯酰胺支链，这种刚柔相济的网状大分子除了保持原聚丙烯酰胺的功能之外，还具有某些更为优异的性能。

由于大多数有机高分子絮凝剂本身或其水解、降解产物有毒，且合成用丙烯酰胺单体有毒，能麻醉人的中枢神经，应用领域受到一定限制，迫使絮凝剂向廉价实用、无毒高效的方向发展。

聚丙烯酰胺絮凝剂为水溶性高分子聚合物，不溶于大多数有机溶剂，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的磨擦阻力，按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种类型。

聚丙烯酰胺絮凝剂广泛应用于增稠、稳定胶体、减阻、粘结、成膜、生物医学材料等方面。水处理中作助凝剂、絮凝剂、污泥脱水剂。石油钻采中作降水剂，驱油剂。在造纸过程中作助留剂，补强剂。

聚丙烯酰胺絮凝剂溶解时,应注意将产品均匀的慢慢地加入带搅拌和加热措施的溶解器中,应避免结固,溶液在适宜温度下配制,并应避免长时间过剧的机械剪切.建议搅拌器60-200转/min,否则会导致聚合物降解,影响使用效果.

聚丙烯酰胺絮凝剂在废水处理中的絮凝作用是由于它的两个特点: 长链(线)状的分子结构和聚丙烯酰胺分子中含有大量活性基团。聚丙烯酰胺是直链状聚合物，因每个分子是由十万个以上的单体聚合构成，分子链相当长。它如果完全伸直，其长度要比一般的分子 (如蔗糖)或离子(如ca2+)长数万倍以上。由于它的分子长而细，会弯曲或卷曲成不规则的曲线形状。这个长分子链向外侧伸出许多化学活性基团:酰胺基-conh2及羧基-cooˉ。酰胺基是非离子性基团，但亦善于形成副价键而与其它物质的活性基团吸附并连结起来。由于聚丙烯酰胺分子长而细并有许多化学活性基团，它们能和沉淀微粒产生很多连接而形成较大的絮凝物，这些絮凝物的结构就象棉絮那样，松散、无定形，互相连结但不很稳固，内部有很多空间和很多微细的网络，包藏着大量液体，因而絮凝物的比重颇接近它所存在的液体本身。絮凝物中还网络了各种各样的微粒，这就将各种不同成分、不同性质、不同大小的微粒集合在一起。因此，良好的絮凝剂处理能将溶液中原有的微粒完全网络除去，使溶液显得特别清亮透明和有光泽。由于絮凝物的尺寸较大，它的沉降和过滤都比较快。聚丙烯酰胺絮凝剂与废水中胶体的絮凝作用是通过化学吸附和物理网络这两种形式产生的。根据上述机理可知，分子量较高、分子较长的聚丙烯酰胺，能吸附较多的微粒，形成网络的能力较强，故絮凝效能较好。同理，聚丙烯酰胺分子中羧基的比例适当也很重要，因废水中的胶体多数带负电，聚丙烯酰胺需要有适量的羧基通过钙离子架桥与它作用。但如果羧基含量太多，聚丙烯酰胺分子本身负电过强，本身分子之间的相斥力过大，也不利于絮凝作用。聚丙烯酰胺(PAM)的种类分为阴离子、阳离子、非离子、两性离子型，在废水处理中，聚丙烯酰胺絮凝剂用来提高水处理过程中沉降、澄清、过滤、离心等工艺的效率。

新型PAM工艺:

聚丙烯酰胺采用光聚绝热聚合后水解工艺，具有独特的创新性.水溶性好，絮凝效果好，规格齐全，聚丙烯酰胺年产量逾千吨，满足广大客户需求。聚丙烯酰胺简称PAM，分为:阴离子聚丙烯酰胺，阳离子聚丙烯酰胺，两性离子聚丙烯酰胺，主要用城市、工业污水处理、油田、造纸业、金属矿业、洗煤、纺织印染、皮革厂等行业，净水产品，投加量少，效果显著，价格合理，快速达到污水处理效果。

聚丙烯酰胺絮凝剂为水溶性高分子聚合物，不溶于大多数有机溶剂，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的磨擦阻力，按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种类型。

聚丙烯酰胺絮凝剂广泛应用于增稠、稳定胶体、减阻、粘结、成膜、生物医学材料等方面。水处理中作助凝剂、絮凝剂、污泥脱水剂。石油钻采中作降水剂，驱油剂。在造纸过程中作助留剂，补强剂。

聚丙烯酰胺絮凝剂溶解时,应注意将产品均匀的慢慢地加入带搅拌和加热措施的溶解器中,应避免结固,溶液在适宜温度下配制,并应避免长时间过剧的机械剪切.建议搅拌器60-200转/min,否则会导致聚合物降解,影响使用效果.

聚丙烯酰胺絮凝剂在废水处理中的絮凝作用是由于它的两个特点: 长链(线)状的分子结构和聚丙烯酰胺分子中含有大量活性基团。聚丙烯酰胺是直链状聚合物，因每个分子是由十万个以上的单体聚合构成，分子链相当长。它如果完全伸直，其长度要比一般的分子 (如蔗糖)或离子(如ca2+)长数万倍以上。由于它的分子长而细，会弯曲或卷曲成不规则的曲线形状。这个长分子链向外侧伸出许多化学活性基团:酰胺基-conh2及羧基-cooˉ。酰胺基是非离子性基团，但亦善于形成副价键而与其它物质的活性基团吸附并连结起来。由于聚丙烯酰胺分子长而细并有许多化学活性基团，它们能和沉淀微粒产生很多连接而形成较大的絮凝物，这些絮凝物的结构就象棉絮那样，松散、无定形，互相连结但不很稳固，内部有很多空间和很多微细的网络，包藏着大量液体，因而絮凝物的比重颇接近它所存在的液体本身。絮凝物中还网络了各种各样的微粒，这就将各种不同成分、不同性质、不同大小的微粒集合在一起。因此，良好的絮凝剂处理能将溶液中原有的微粒完全网络除去，使溶液显得特别清亮透明和有光泽。由于絮凝物的尺寸较大，它的沉降和过滤都比较快。聚丙烯酰胺絮凝剂与废水中胶体的絮凝作用是通过化学吸附和物理网络这两种形式产生的。根据上述机理可知，分子量较高、分子较长的聚丙烯酰胺，能吸附较多的微粒，形成网络的能力较强，故絮凝效能较好。同理，聚丙烯酰胺分子中羧基的比例适当也很重要，因废水中的胶体多数带负电，聚丙烯酰胺需要有适量的羧基通过钙离子架桥与它作用。但如果羧基含量太多，聚丙烯酰胺分子本身负电过强，本身分子之间的相斥力过大，也不利于絮凝作用。聚丙烯酰胺(PAM)的种类分为阴离子、阳离子、非离子、两性离子型，在废水处理中，聚丙烯酰胺絮凝剂用来提高水处理过程中沉降、澄清、过滤、离心等工艺的效率。

新型PAM工艺:

聚丙烯酰胺采用光聚绝热聚合后水解工艺，具有独特的创新性.水溶性好，絮凝效果好，规格齐全，聚丙烯酰胺年产量逾千吨，满足广大客户需求。聚丙烯酰胺简称PAM，分为:阴离子聚丙烯酰胺，阳离子聚丙烯酰胺，两性离子聚丙烯酰胺，主要用城市、工业污水处理、油田、造纸业、金属矿业、洗煤、纺织印染、皮革厂等行业，净水产品，投加量少，效果显著，价格合理，快速达到污水处理效果。

一、聚丙烯酰胺絮凝剂在三次采油中的应用

聚丙烯酰胺絮凝剂的增稠、絮凝和对流体的流变性调节的作用所具备的性能使得它在石油开采中充 当了重要的角色。它广泛地被用于钻井、堵水、酸化水、压裂、洗井、完井、减阻、防垢和 驱油等方面。总的来说，使用聚丙烯酰胺絮凝剂是为了提高石油的开采率(EOR)。特别是许多油田已 进入二次、三次开采，油藏深度一般都在1000m以上，有的油藏深度达7000m，地层的非 均质性以及海上油田给采油作业提出了更加苛刻的条件，深层采油和海上采油相应地也给 PAM提出了新的要求，要求它耐剪力，耐高温(100℃以上直至200℃)，耐钙离子、镁离子 ，耐海水降解。

自20世纪80年代以来，国外对适用于采油的PAM的基础研究和制备、应用研究以及 品种开发各方面均取得了很大进展。

美国菲利浦石油公司(Phillips Petroleum Co.)专家阿罕默德M.A.和彼得H.D，对 PAM在高温高盐矿化水中的研究结果表明:

(1)在矿化度很低(<20×10-6)时，无论浓度、水解度及相对分子质量大小如何， PAM水溶液的浊点均在204℃以上;二价阳离子浓度稍有增加，浊点即大大降低，水解度 越高，浊点降低越明显;

(3)在等摩尔水平上比较，钙离子降低浊点的作用大于镁离子，Sr离子和Ba离子;

(4)二价阳离子浓度大于等于100×10娟时，水解度是决定聚丙烯酰胺絮凝剂溶液浊点的关键参数;

(5)相对分子质量和浓度也影响溶液浊点，但相对于水解度而言是次要因素;

(6)聚丙烯酰胺絮凝剂水解后溶液浊点降低，水解是一平衡过程，水解平衡值随温度而不同;

(7)在温度小于75℃时，聚丙烯酰胺絮凝剂在任何矿化度的水溶液中均稳定，超过75℃后，随温度 升高，沉淀物形成加快，降低水的矿化度可延长稳定时间，但要求的矿化度往往低于油田水 实际矿化度。

二、用作堵水调整剂

在油田生产过程中，由于地层的非均质性，常产生水浸问题，需要进行堵水，其实质是 改变水在地层中的渗流状态，以达到减少油田产水、保持地层能量、提高油田最终采收率的 目的。聚丙烯酰胺絮凝剂类化学堵水剂具有对油和水的渗透能力的选择性，对油的渗透性降低最高 可超过10%，而对水的渗透性减少可超过90%。选择性堵水这一特点是其他堵水剂所没有 的，通常按地层类型选择合适的聚丙烯酰胺相对分子质量。均质性好、平均渗透率高的油 层，可选用中相对分子质量((500~。700)×10。)的聚丙烯酰胺絮凝剂;基岩渗透率低的裂缝性油层或渗透率变化大的油层，可选用高相对分子质量(1000×10。以上)的聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺在使用时可不交联使用，但可与铝盐、铬盐、锆盐等交联生成凝胶使用，还可添加某些树脂以形成互容聚合物网络，使之具有更高的耐温性。该方法已在国内碳酸盐底水油藏高含水油田堵水中应用，取得明显效果。采用聚丙烯酰胺还可调整地层内吸水剖面及封堵大孔道，实践中已取得良好效果。

我国各油田在使用聚丙烯酰胺絮凝剂方面都做了大量试验。油田用平均相对分子质量为(300 ~350)×10'，水解度为10%~15%的聚丙烯酰胺，在油井堵水上获得良好效果。采用水解度为30%，相对分子质量为400×10。的聚丙烯酰胺絮凝剂在地质钻探上，起到了维护孔壁稳定，防止钻孔渗漏的作用。采用水解度为30%的聚丙烯酰胺絮凝剂作钻井液处理剂，降低了钻井液的渗透速度，提高了钻孑L速度，缩短了钻井液的搅拌时间，因而减少钻井液搅拌和台数，提高黏土造浆率达30%~50%，。有时，在堵水中需使用部分交联的聚丙烯酰胺。为了提高堵水出油的选择性，交联度要尽量低些。聚丙烯酰胺絮凝剂的相对分子质量通常在(300-500)×10。之间，相对分子质量的选择以孔隙结构的渗透率为依据。渗透率大于1D的堵层，聚合物相对分子质量以300×10。左右为宜。渗透率更高时，叮用(500~800)×10。的聚丙烯酰胺。水解度也和堵层岩石的性质有关，灰岩吸附能力强，水解度应高些，约为20%~30%，砂岩吸附能力低，水解度为5%~20%。

三、用作钻井液调整剂和压裂液添加剂

作为钻井液调整剂，经常使用部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)，它由聚丙烯酰胺水解而得。其作用是调节钻井液的流变性，携带岩屑，润滑钻头，减少流体损失等。用聚丙烯酰胺调制的钻井液比重低，可减轻对油气层的压力和堵塞，容易发现油气层，并有利于钻井，钻井速度比常规钻井液高19%，比机械钻速高45%左右。此外，还可大大减少卡钻事故，减轻设备磨损，并能防止发生井漏和坍塌。

压裂工艺是油田开发致密层的重要增产措施。亚甲基聚丙烯酰胺交联而成的压裂液，因具有高黏度，低摩阻、良好的悬砂能力、滤失性小、黏度稳定性好、残渣少、货源广、配制方便和成本低而被广泛应用。

在压裂和酸化处理中，将聚丙烯酰胺絮凝剂配制成浓度为0.01%~4%的水溶液，泵入井下地层，使地层断裂。聚丙烯酰胺絮凝剂水溶液具有增稠携砂、降低压裂液流失的作用。而且，聚丙烯酰胺有降阻作用，因而能使压力的传递损失下降。

四、油井水泥外加剂

以AMPs与甲基丙烯酸、丙烯酰胺制备的三元共聚物，适用于各种盐水钻井液，起到良好的高温缓凝作用。美国:Halliburton公司推出的AMPS与丙烯酸的共聚物，AMPS与N，N 一二甲基丙烯酰胺的共聚物和羧甲基羟乙基纤维素组成的复合物作为油井水泥外加剂，可有效地降低水钻井液的高温滤失量。

五、钻井液处理剂

AMPs与丙烯酰胺和淀粉的接枝共聚物，AMPS与丙烯酰胺和N，N一二甲基丙烯酰胺的共聚物，AMPS与腐殖酸和丙烯酰胺的接枝共聚物在淡水钻井液、盐水钻井液、饱和盐水钻

井液和海水钻井液中均具有较好的降滤失和抗温、抗盐能力。

黏土分散和其他因素造成的污染往往引起钻井液的黏度增加，此时需要用降黏剂来控制钻井液的流变性。常见的、用量最大的钻井液降黏剂为铁铬木质素磺酸盐降黏剂(FCLS)。 AMPs与丙烯酸和甲基丙烯酸的三元共聚物用作钻井液降黏剂取代FCLS，即保留了FcIJS良好的抗盐性能和抗温性能，又克服了FCIJS的毒性。研究表明，三元共聚物比二元共聚物的抗高价金属离子的能力更强。

六、完井液和修井液添加剂

AMPS与丙烯酸和衣康酸的共聚物，可用作配制海水、盐水的增黏剂，使完井液黏度提高4倍以上，并且具有良好的热稳定性，克服了传统聚合物在盐水体系中黏度下降的缺点。

六、油田水处理剂

AMPs的均聚物与丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺等形成的共聚物，可用作油田污水处理的 絮凝剂、污泥脱水剂和防垢阻垢剂，F.Goodrich公司推出的由AMPS、丙烯酸和苯乙烯磺酸 钠组成的三元共聚物对硫酸钙垢和磷酸钙垢都有很好的抑制作用，其阻垢率均达到97%以 上。文献资料表明，以AMPs共聚物作水处理剂具有用量少，效果优于现有聚丙烯酰胺类水处理剂的特点。