1.3 ASCM合成方法及优化

1.3.1 ASCM的合成方法

1）将白油、CnDMAAC、Span80、Tween80按一定比例加反应容器中，并通入氮气，在室温下以400～600 r/min的速率搅拌制备油相体系，缓慢升温至反应温度。

2）按一定的比例AM、DEAM、SSS、亚硫酸氢钠充分溶解于水中，采用NaOH水溶液调pH至中性，然后将水溶液滴加到油相中，边滴加边搅拌，直至获得均匀的乳状液。

3）在恒温下，向乳液中缓慢滴加过硫酸铵引发剂，持续搅拌并通入氮气，恒温反应一定时间后获得白色乳状液ASCM。

1.3.2 ASCM合成条件优化

聚合单体的摩尔比、单体总质量百分比、油水体积比等会影响到聚合的耐盐、增黏、乳液稳定性等性能指标和应用效果，通过优化合成条件，有助于获得性能优异的ASCM聚合。

1）聚合单体摩尔比。疏水单体摩尔比影响到聚合物溶液的黏度和溶解性能，溶液黏度随疏水单体比例的增加而显著增加，聚合物溶解性能则降低，一般疏水单体摩尔比不超过2%。SSS具有较大的空间位阻，摩尔比例较大无法完全聚合，还会干扰聚丙烯酰胺主链的增长，一般在5%～20%。DEAM空间位阻较小，水溶性较好，聚合相对容易，单体摩尔比例在5%～15%。设计L9（34）正交实验，并以1.2%聚合物在标准盐水中的黏度为指标，优选最佳单体物质的量比例为：AM∶SSS∶DEAM∶CnDMAAC=8∶0.5∶1∶0.15。

2）乳化剂优化。乳化剂是制备乳液的主要成分，乳化剂种类及加量直接影响乳液的均匀性和稳定性，为获得稳定的油包水乳液，乳化剂的HLB值在3～6，复合表面活性剂比单一的表面活性剂要好，本工作采用Span-80和Tween-80复合表面活性剂，该复合物表面活性剂在压裂液破胶后能够有效降低破胶液的表面张力，起到良好的助排作用。乳化剂加量较低时，乳化剂不足以完全覆盖乳液滴，无法形成稳定的油包水乳液，随着乳化剂的增加，体系的相转变温度降低，更容易形成油包水乳液，综合考虑实用性和经济性，乳化剂的加量为7%。

3）油水体积比。分别设计油水体积比为1∶3～1∶0.8对比实验，考察乳液稳定性、本体黏度、起黏情况。油水体积比低于1∶2时，不易形成油包水型乳液或形成的乳液不稳定，随着油水体积比的增大，乳液稳定性越来越好，本体黏度降低，溶解时间延长，乳液中聚合物有效含量降低。从实用性和经济性综合考虑，乳液稠化剂本体黏度越低越易抽吸，溶解越快越好，聚合物有效含量越高经济性越好，推荐油水比为1∶1～1∶1.2。

4）引发剂用量。引发剂用量是影响聚合反应速率和产物性能的关键因素之一，在自由基聚合中，反应速率通常与引发剂浓度的平方根成正比，平均分子量通常与引发剂浓度的平方根成反比，引发剂用量增加能够提高自由基浓度，加快反应速率和链终止，不利于获得高分子量的聚合物。通过平行对比实验发现引发剂用量在0.2～0.25%较为合适。

5）反应温度。反应温度直接影响到引发剂的分解效率、反应速率、乳液的稳定性，高温条件下反应快，分子量低，甚至发生爆聚，乳液稳定性差。低温条件下有利于降低反应速率，提高乳液稳定性，获得高分子量的聚合物。实验发现当反应温度高于60℃时，聚合物的增黏能力较差，当温度低于30℃时，反应时间过长，结合公司乳液聚合生产经验，推荐反应温度40～50℃。

6）聚合单体浓度。聚合物单体浓度决定了乳液中聚合物的有效含量，直接影响到聚合物水溶液的黏度，一般单体浓度越高越好，随着单体浓度的增大，会出现乳化不均匀，局部反应较快形成大颗粒聚集体，导致乳液颗粒不均匀、易分层，同时产品性能不稳定，当聚合单体总质量占乳液总质量的30%较佳。

综上所述，优化后的ASCM聚合条件如表1所示，采用优化后合成条件制备的ASCM聚合物稠化剂为白色均匀乳状液，在25℃下产品本体黏度小于250 mPa·s，在−10℃下本体黏度为300～360 mPa·s，产品流动性好，便于抽吸，满足冬季低温条件下使用需求；常温下放置30 d，无分层，无析出等异常，产品稳定性好。

表1优化后的ASCM稠化剂聚合物条件

2.性能评价

2.1溶解增黏性能

分别用清水、苏里格气田水、标准盐水配制不同浓度的ASCM水溶液，测试起黏时间和3 min后的溶液黏度，溶解增黏性能，结果如表2所示。

表2 ASCM在不同水质中的溶解增黏性能

由表2可知，ASCM在不同水质中的起黏时间为20～40 s，溶解起黏快，满足在线连续混配需求；1.0%～1.4%的加量在清水中的黏度为90～140 mPa·s，同等加量下，在标准盐水中的黏度保持率在80%左右，在苏里格气田水中的黏度保持率在75%以上，具有良好的增黏效果和耐盐性能，满足苏里格变黏压裂液的黏度要求。