高分子减阻剂减阻性能的影响因素研究

王春晓,陆江银,薄文敏

(新疆大学化学化工学院,石油天然气精细化工教育部重点实验室,新疆乌鲁木齐830046)

高分子减阻剂减阻性能的影响因素研究

王春晓,陆江银＊,薄文敏

(新疆大学化学化工学院,石油天然气精细化工教育部重点实验室,新疆乌鲁木齐830046)

对减阻剂减阻性能的影响因素进行了系统讨论,阐述了聚合物相对分子质量及相对分子质量分布、聚合物空间结构、聚合物抗剪切降解、聚合物后处理等因素对减阻性能的影响,并提出我国应加大对减阻剂的生产及利用研究。

高分子减阻剂;相对分子质量;相对分子质量分布;抗剪切降解;空间结构

0 前言

当在流体中加入某些特定物质时,其在紊流状态下的摩擦阻力大大降低,运输能力大大提高,这种现象称为“减阻”,能够实现减阻效果的添加剂称为“减阻剂”[1]。常用的添加剂主要有3类[2]:(1)高分子聚合物;(2)表面活性剂;(3)纤维质。人们在长期的不断探索中发现表面活性剂及高分子聚合物的减阻效果较好。在实际应用中,表面活性剂要达到好的减阻效果,其用量要达到临界胶束浓度并且在管道中要分散均匀,存在一个用量及添加方法的问题。因此,到目前为止,实际应用的减阻剂还以高分子聚合物为主。

国外对减阻剂的研究起步较早,由于减阻剂中高聚物分子结构的特殊要求,减阻聚合物的生产条件很难控制,国际上只有极少数公司垄断了这项技术。为了打破国外垄断,我国在80、90年代开始了减阻剂的研究。然而到目前为止,国内生产的减阻剂还未完全应用到管道中,自主研发的减阻剂与国外相比还有很大一段差距,主要问题是减阻率低、抗剪切性能不佳、溶解性差、合成路线单一、后处理工艺不够成熟等。其中抗剪切性能低和溶解性差尤为突出。与国外产品对比研究发现聚合物相对分子质量及其不同支链的高支化分布是造成差距的主要原因之一。因此,本文综合国内外发表的专利、文献对减阻剂减阻性能的影响因素进行阐述,希望对以后减阻剂的研究有所帮助。

高分子减阻剂减阻性能的影响因素主要有相对分子质量及其分布、聚合物空间结构、聚合物抗剪切降解和聚合物后处理等。

1 相对分子质量及其分布的影响

1.1 相对分子质量对减阻性能的影响

用作减阻剂的聚合物需具有良好的黏度,聚合物黏度与相对分子质量大小密切相关,聚合物相对分子质量(M)是影响聚合物减阻性能的重要参数之一。因为相对分子质量很高就意味着分子链很长及分子缠结与相互作用机会较大,这样才有可能产生高聚物的特殊性能,进而产生好的减阻效果。

郑文认为减阻剂相对分子质量只有在100万甚至1000万以上,才具明显效果,王立等[3]采用自旋探针法(ESR谱)也得出相同结论。研究发现作为减阻剂的聚合物,首先要具有一定高的相对分子质量(>106),高分子聚合物必须超过一定相对分子质量(起始相对分子质量)以后才具有减阻效果。代加林[4]在研究聚甲基丙烯酸己酯(PHMA)在煤油及煤油-丙酮混合溶剂中的减阻性能时指出,PHMA的减阻性能随着PHMA溶液质量浓度的增加而增加,随后达到平衡,达到平衡时的浓度称为最大减阻剂所需浓度。他同时发现最大减阻浓度随聚合物相对分子质量的增大而减少,因此在使用高分子减阻剂时应根据减阻剂相对分子质量的高低来选择最佳使用浓度。高相对分子质量的聚合物作为减阻剂的优势在于其在较低浓度下具有良好的减阻性能[2]。

许多研究者力图用数学公式来描述减阻率(r)与M的关系,Hunston[5]报道了同一类型的减阻剂减阻率与相对分子质量的关系,关系式为:

式中 C——聚合物浓度

K——常数

Mc——聚合物刚开始产生减阻作用的相对分子质量

从(1)式可以得出,相同类型的聚合物相对分子质量与减阻率成线性关系,相对分子质量越大,减阻率越高。

Choi等[6]认为减阻率可以看成是聚合物相对分子质量的函数,大相对分子质量聚合物的添加对减阻性能有很大影响。当聚合物的相对分子质量增加时,分子链的长度也增加,由于内旋转的分子构象数目相应增多,导致分子链的柔顺性更好,在油相中的减阻率也更高。

代加林[4]采用电子计算机对所得数据进行回归分析,提出了减阻率与PHMA相对分子质量的数学关系式 ,即 r=A ·M/(M+B)-D,其中 A、B、D 为常数 ,其值与流速和溶液浓度有关。当体系(聚合物-溶剂)、浓度、流速和管径一定时,公式变为 M/(r+D)=A1M+B1,其中A1、B1为常数。实验结果表明 M/(r+D)与 M之间有良好的线性关系。

孙寿家[7]等研究了聚甲基丙烯酸十二酯(PLMA)减阻率与相对分子质量的关系。考察了相同体积不同粘均相对分子质量的 PLMA在煤油中的减阻效率。结果表明减阻效率随黏均相对分子质量的增大而显著提高,当 M>107后,这一变化不明显,并逐渐趋于稳定。他进一步考察了黏均相对分子质量与减阻率的函数关系:

其中,a,b,c为参数,用计算机进行估参,得 a=8.25,b=-2.64,c=3.69。

尹国栋[8]等研究了1-辛烯、1-十二烯、1-十六烯均聚物及共聚物减阻率与相对分子质量的关系。结果发现对于同一类型聚合物而言,聚合物的减阻率强烈依赖于聚合物的相对分子质量,相对分子质量越大,减阻率越高。而对于不同类型的聚合物,当达到相同减阻率时,相对分子质量则按照 1-辛烯、1-十二烯、1-十六烯顺序依次降低。

赵梦奇等[9]报道了在液氮环境中,将聚合物磨成粉末后,聚合物相对分子质量与减阻率的变化。结果表明烯烃聚合物经液氮低温粉碎后,重均相对分子质量由5.82×106下降到4.89×106,相应的减阻率也出现了下降,下降率约为10.49%。

1.2 相对分子质量分布对减阻性能的影响

除了平均相对分子质量以外,相对分子质量分布也是影响减阻性能的重要因素。低相对分子质量使聚合物黏度低,减阻性能差,相对分子质量太高容易导致聚合物溶解性差,进而导致减阻性能降低。因此,合适的相对分子质量分布对聚合物的减阻性能十分重要。相对分子质量分布又称多分散性,通常用分布指数或相对分子质量分布曲线来表示。聚合物要想达到好的减阻性能除了具有高的相对分子质量外还需具有合适的相对分子质量分布。相对分子质量分布的调控是通过调控活性中心的分布来实现的,改变催化剂的组成和反应条件均有可能改变活性中心的分布从而实现对相对分子质量分布的调控,此外氢气作为链转移剂也被用于调节聚合物相对分子质量和相对分子质量分布[10]。郑文[11]在发表的专利中指出催化剂的浓度和主催化剂与助催化剂的比例影响着相对分子质量和反应速度。Hunston[12]研究结果表明,相对分子质量分布宽,不利于减阻,但在超高相对分子质量水平上,宽分布聚合物的减阻效果优于窄分布聚合物的减阻效果。聚合物相对分子质量大小和相对分子质量分布的宽窄取决于聚合反应机理和条件,因此通过选择适当的聚合方法和合成工艺,就可获得符合要求的聚合物。

到目前为止,对相对分子质量分布的影响主要有2种解释:一种认为减阻率与高分子的平均相对分子质量有关,另一种则认为减阻率与试样的高相对分子质量有关。由于相对分子质量大小及相对分子质量分布的宽窄与聚合条件密切相关,因此,我们必须选择合适的聚合条件,保证合成的聚合物具有合适的相对分子质量大小及相对分子质量分布的宽窄。

2 聚合物的空间结构

聚合物的性能取决于结构,对于高分子减阻剂而言,其减阻性能优劣很大程度上取决于减阻剂的空间结构。聚合物由结构单元键接而成,结构单元本身的结构是影响聚合物种类和性能的基础[13]。合成减阻剂代表性的单体为丙烯酰胺、环氧乙烷、α-烯烃等。不同单体合成不同用处的减阻剂,常用的减阻剂主要是水溶性减阻剂和油溶性减阻剂。聚合物空间结构对减阻率的影响与聚合物的类型有关。对于聚α-烯烃,碳原子个数不同的α-烯烃对减阻率的影响较大。对于分子缔合减阻剂电子供体和电子受体在不同链上的分布将影响减阻效果,当电子供体和电子受体在同一条分子链上时,容易形成分子内缔合起不到分子间缔合减阻的效果,并影响聚合物链延展性。当电子供体和电子受体在不同分子链上时才能使不同分子链通过缔合键形成网状结构来提高减阻率。

对于聚合物的空间结构而言,高分子链节的化学组成及键的类型不是决定减阻率高低的惟一因素,链的几何形状和柔性对减阻率影响很大。目前发现有效的高分子减阻剂多是线形或螺旋形结构的柔性高分子。作为减阻剂,聚合物的分子在溶液中要呈松散的无规线团,同时其分子的水力学体积和旋转半径要大。对于某些柔顺性差的分子而言,如果其在溶液中的线团有较大的变形力和取向力,也能达到好的减阻效果[14]。

Lumley[25]认为具有柔性螺旋形结构的高分子,减阻性能优于柔性线形高分子。柔软的大分子在溶液中呈舒展状态,易变形,具有支链的大分子,在溶液中体积较大,这些都增加了减阻效果。Gramain[16]等研究了线形、星形、梳形PS在甲苯溶液里的减阻效率,结果表明,分子链的支化大大减低了分子的减阻效率。另外,高分子的减阻性能与其侧链结构有很大关系。一般来说,高分子主链上带有少量或较长的侧基,会增加其减阻性能。Wade[17]等报道过侧链长度对减阻性能的影响,发现高分子主链上接上少量的长链侧基后其减阻性能增强,而普遍接上短链侧基后,其减阻性能降低。他同时指出交联后的线形聚合物可以提高其减阻效率,也可以降低其减阻效率,这取决于线形聚合物的交联程度。

许多文献指出[18-19],达到相同减阻率时共聚物的相对分子质量要比均聚物的相对分子质量小很多,这意味着共聚物主链断裂要比均聚物慢,同时抗剪切性好。带有不同支链的超高相对分子质量的烯烃聚合物作为油品输送减阻剂时,其链结构和高的相对分子质量对减阻效果影响显著。用来合成减阻剂的烯烃共聚单体数目一般为2～20,碳数较低的单体如乙烯、丙烯含量较高时,聚合物的结晶性提高,支链太长则结晶性增加,油溶性变差。因此在实际的工业生产中,常采用多种混合单体共聚。

3 聚合物的抗剪切性

研究发现,不可逆的剪切降解是限制减阻剂实际应用的一个关键问题,这也引起学者们对聚合物降解的广泛研究。很多学者对聚合物浓溶液以及稀溶液的机械降解进行过研究,结果发现聚合物的降解与本身空间结构、流体的流动状态、聚合物溶液浓度、溶剂的性质等有关[20-22]。

己经了解到聚合物的降解性与其主链结构有关,长链的α-烯烃聚合物则由于大的侧基而提高抗剪切性。不管采用增加刚性基团还是形成庞大的侧基来提高聚合物的抗剪切性,都不能达到完全抑制剪切的目的。因为主链在高剪切下总会断裂的,断裂后的小分子不会呈现出原有的减阻效果。突破这一困难的途径是采用复合减阻剂,它是通过借助某种相互作用力将小分子结合成大分子,这样即使发生降解,有相互作用力的分子仍能结合,恢复成大分子,减阻性能不致降低。

Patterson[20]等研究发现聚异丁烯减阻剂在2种不同溶剂中受到剪切降解后,由于聚合物相对分子质量降低,导致第一法向力差变小,减阻性能下降。Nakano[21]指出当聚合物浓度很低时,其在良溶剂中的剪切速率大于其在不良溶剂中的剪切速率。Yu[22]通过实验发现聚合物链的伸展与缠绕影响聚合物的降解,并且链的断裂首先发生在链的中心点上,这表明当高分子聚合物链伸展时,受到力的剪切后最容易发生链断裂。

Kim[23]等用旋转圆盘仪研究过3种不同高相对分子质量的聚苯乙烯(质量分数为1.5×10-4)溶液在紊流状态下的减阻性能与机械降解情况。该旋转圆盘仪由厚度为0.32 cm,直径为14.5 cm的不锈钢圆盘组成,该圆盘被放置在温度可以调控的圆柱形容器里面,使用一个传感器来检测圆盘的扭转力,在稀溶液中利用式(3)计算减阻率(r)。

式中 TS——纯溶剂的扭转力

TP—聚合物溶液的扭转力

结果发现,由于聚合物的机械降解、相对分子质量的下降导致聚合物的减阻效率随着时间延长而下降,下降的程度与溶剂的溶解参数(δ)有关。这是因为δ不同的溶剂与聚合物间的相互作用不同,溶解参数越大,减阻性能下降越快。

同时,Witold[24]研究了聚合物降解与剪切时间的关系,指出剪切降解的趋势与剪切时间存在一个函数关系,且这种关系得到实验数据的证实。

他首先定义:

式中 λ0——起始减阻率

η0——起始黏度

λ——剪切一段时间后的减阻率

η——剪切一段时间后对应的黏度值

结合文献[25-27]得出:

式中 W——相对分子质量易断裂点的平均数,取决于序列比的好坏及流体的黏度大小

hi——在雷诺数和聚合物-溶剂对一定的情况下为一常数

c——聚合物的浓度

为了解决聚合物的超高相对分子质量与聚合物剪切降解之间的矛盾,许多研究人员根据胶束减阻抗剪切原理-应力控制可逆性的启发,进行了大量的有意义的探索。1985年 Peiffer[28]等合成了聚两性电解质减阻剂NVP,该减阻剂可以很好地溶于芳烃,是一种乙烯基吡啶与苯乙烯及碳酸盐的三元共聚物(结构式如图1所示)。由于过度金属离子M的空轨道与乙烯基吡啶中N原子的孤电子对可以进行配位络合,形成缔合键,该缔合既可以发生在同一个NVP分子内,又可以发生在不同的NVP间,能够影响高分子链的伸展与卷缩,进而达到良好的抗剪切性。1986年,Kowalik[29]等在NVP基础上,又研究了分子间缔合性混合物减阻剂,类型主要有SVP/C8-ESTER-ACID和SVP/Zn-S-EPDM 2种,该系列减阻剂基本可以消除分子内缔合的影响。1990年Malik[30]在自己发表的专利中报道了分子间缔合型混合物高分子减阻剂(IPC)。IPC体系是由电子对的给予体(A)和接受体(R)混合构成,其中,A是(甲基)丙烯酸长酯(12～18个C)/苯乙烯/乙烯基吡啶的三元共聚物,R是(甲基)丙烯酸长酯/(甲基)丙烯酸共聚物。该聚合物具有优良的油溶性、高效性和抗剪切稳定性,聚合物的结构式如图2所示。同年,美国的Conoc公司研制出了甲基丙烯酸酯/乙烯基吡啶/甲基丙烯酸盐三元体系的原油流动改进剂,它加入到原油中时,可以提高原油的抗剪切性能。

图1 NVP的结构式Fig.1 The structural of NVP

图2 IPC的结构式Fig.2 The structural of IPC

赵梦奇等[31]采用本体聚合法合成了超高相对分子质量的聚合物,并通过加入少量交联剂(1,5-己二烯)的方法提高产品的抗剪切稳定性及产品的相对分子质量。在该实验条件下(单体80 mL,助催0.4 mL、主催0.09 g、1,5-己二烯 0.4 mL、0 ℃、24 h)合成的交联聚合物的重均相对分子质量(Mw)为7.7×106,数均相对分子质量(Mn)为3.6×106,该聚合物通过交联作用可形成理想的网状结构,进而提高聚合物的抗剪切能力。

4 聚合物的后处理

实际应用表明,高相对分子质量的聚合物在溶液中易缠结,成凝胶状,黏度大给实际应用带来不便。为了改善减阻剂的使用性能,聚合产物要经过一定的后处理。后处理过程主要包括冷冻粉碎和溶剂分散2部分。冷冻介质通常采用液氮,在粉碎过程中,为了保证较好的分散效果,须加入一些涂层分散剂,如三氧化二铝、硬脂酸钙、硬脂酸镁等[32],粉碎后须选择一种合适的溶剂将粉末分散到其中,制成具有较好流动性的悬浮浆液。分散剂通常选用醇类,如乙醇、丙二醇等[32]。为增加浆液黏度,可加入水溶性聚合物,如羧甲基纤维素、乙烯醇纤维素[32]。进行溶剂分散时,表面活性剂的选择至关重要,通常优选非离子表面活性剂或阳离子表面活性剂,加入合适的表面活性剂可使减阻剂的减阻率显著提高[33-34]。

莫迪尔[35]在中国发表的专利指出通过将由不同或可供选择的技术制备的2种减阻浆料或者其他减阻剂产品结合,可以延长或者拓宽减阻剂在管道中的减阻有效时间。

裴旭东等[36]报道过将相对分子质量为 400～500万的α-烯烃聚合物与降凝剂、黏度改进剂、阻垢剂进行混合,在-60～-160℃下粉碎成固体粉末,在将固体粉末与表面活性剂、抗泡剂、增稠剂和余量的醇水混合物混合制成减阻聚合物悬浮液。该聚合物悬浮液产品集降凝、减黏、阻垢和减阻等多种功能,可用于多种类型的原油输送管道,并且性质稳定,长时间静置也不会出现分层现象,在原油中的减阻效果高达48.57%。

另外,刘兵等[37]报道,通过向50%～90%的植物油中添加0.001%～0.1 %的紫外线吸收剂和0.001%～0.1%的杀菌剂混合均匀后作为分散剂,然后将10%～40%的α-烯烃-苯乙烯超高相对分子质量共聚物的减阻聚合物中加入2%～25%的隔离剂,在低于-90℃的温度条件下粉碎成粉末,最后加入分散剂用高速乳化机进行搅拌,使之均匀乳化。此后处理方法,可以提高减阻聚合物的耐高温性能,增加了聚合物的闪点,提高了减阻聚合物运输及储存的安全性,改善了操作环境,并且运输过程中的稳定性好。

5 其他影响因素

5.1 注入方式的影响

一些研究机构在进行减阻机理研究的同时,发现不同的注入方式和注入装置的改进对减阻性能有很大影响。广义的注入方式包括:减阻剂注入装置、位置、减阻剂的注入浓度、注入速度等。通过试验[38]可得:在相同最终浓度条件下,同雷诺数时预混合溶液注入的减阻率低于近壁注入的减阻率,且预混合溶液注入沿整个管段各处减阻率相同,近壁注入则随注入距离的增加而提高。单孔中心注入不如多孔中心注入的效果好,且这2种方法均不如近壁注入的减阻效果,注入口与管壁之间距离的不同也会影响减阻率。

5.2 聚合过程所用溶剂的影响

溶液聚合中采用的溶剂对α-烯烃聚合也有重要的影响[39]。目前报道中使用的溶剂包括6～10个碳原子的烷烃[40]、环烷烃[11]、石油醚、轻质油[41]以及芳烃等。刘晓玲[42]采用不同溶剂考察了溶剂极性对聚合反应过程和产物减阻性能的影响,认为溶剂极性越大,溶液聚合物溶解性、减阻性能及抗剪切性能就越好。

减阻剂的减阻性能与大分子在溶液中的分子形态有很大的关系[43]。溶剂分子与聚合物分子间的相互作用决定大分子在溶剂中的伸展状态。在良溶剂中,溶剂分子与高聚物大分子链段间有很大的吸引力(即溶剂化作用),超过链段间的内聚力,使大分子线团松解扩张。在不良溶剂中,溶剂分子和大分子链段同的相互作用小,链段间的内聚力使线团紧缩。这表明高分子减阻剂的减阻效应依赖于大分子在溶液中的伸展状态。

5.3 聚合物浓度、雷诺数、管径本身的影响

减阻效率同时受流体流速的影响,在流体未达到湍流时,没有明显的减阻作用。随着流体流速的增加,当流体达到湍流时,才开始显示减阻作用,流速达到一定值后,减阻效率最佳。

Momla[44]研究了在气-液2相流动的不同管道中添加聚异丁烯后溶液减阻率的变化,结果表明,(1)在减阻剂浓度很低的情况下,减阻率随着减阻剂浓度的增加迅速增大,然后增加趋势缓慢,最后趋于恒定值。实验表明,减阻剂的最佳浓度为1.8×10-5,这与管道的类型与直径无关;(2)同一流体,同一浓度的减阻剂在雷诺数不同的情况下,雷诺数高的减阻率大于雷诺数低的减阻率;(3)在相同的流动状态下,粗糙管道的减阻率大于光滑管道的减阻率。这是因为流体越紊乱,减阻率越高,粗糙管道流体的紊乱度大于光滑管道流体的紊乱度;(4)在不同直径同一管道类型下,直径越小的管道,其减阻率越高。Momla指出,管道直径变小时管道的相对粗糙度(ε/D)在增加,减阻率会相应升高。他同时发现在某些情况下减阻率会随着液体表面流速的增加而升高,在另一种情况下反而会降低。

Subhash[45]指出在给定流体和一定雷诺数下,减阻剂在直管中的减阻率优于其在弯曲管道中的减阻率。且减阻率随流体流动速率的增加而升高,随着弯曲曲率的增加而下降,减阻剂溶液浓度和弯曲曲率的增加会导致减阻现象的延迟,同时发现减阻聚合物在直管中的摩擦因数只和溶剂雷诺数有关,但在弯管中的摩擦因数却与雷诺数及弯曲曲率均有关。

5.4 聚合物的溶解性

聚合物在溶剂中的溶解性影响减阻剂的减阻效率和持续时间。如果减阻剂不易溶解在油中,特别当聚合物出现结晶时,将会使减阻效果降低并造成浪费。减阻剂的性能在很大程度上取决于它们在流体中的溶解状况。研究发现,只是简单的把固体物质加入管线,并随着该物质通过管线使其溶解并不是促进减阻的有效方式,因为这些添加剂并没在减阻时间内溶解完全。研究者已经发现最好把这些物质以高黏度浓溶液加入,以便通过聚合物的溶解而促进减阻。

史蒂文等[46]报道过提高减阻剂溶解性的方法,即将聚合物溶液流经一个模,使高分子黏弹聚合物溶解。该模使聚合物成珠便于形成很细的丝且被拉入流体,将成珠和流动速度达到平衡以保持形成稳定的细丝。卡胡在专利中报道过通过将高相对分子质量的烯烃均聚物或共聚物与包含有天然脂肪、天然油及分散稳定剂的添加剂结合起来可以制备出浓缩的、非凝聚的、可溶的并且相溶的减阻聚合物,进而提高减阻剂的减阻性能[47]。

6 结语

石油天然气化工已是我国经济发展的重要支柱产业,原油的生产量和输送量逐年增加,最近,哈萨克斯坦的1000 t原油已到达我国新疆边境,运送方式就是利用长途输油管线。使用减阻剂来降低输送功率消耗已是必须采用的技术手段。随着原油生产量和输送量的大量增加和我国陆续扩大与周边国家的原油交易,每年需用减阻剂也会逐年增加。随着减阻剂的产品种类的开发,进入国内其他油田市场和周边国家的输油市场,减阻剂的用量预计会达到1000 t/a,生产销售收入可达上亿元,每年可使新建油田节约减阻剂成本3千万元以上,降耗节能上亿元以上。目前,由于减阻剂减阻性能的影响因素复杂,良好的减阻剂必须满足苛刻的条件(超高相对分子质量、良好的非晶性、优良的抗剪切性能),国内能够自主生产高性能的减阻剂厂家甚少,我国使用的减阻剂还主要以进口为主,因此,我国必须加大对减阻剂研发的资金投入,鼓励各地高校与企业联合研发,尽快摆脱对国外减阻剂的依赖。

[1] Horn A F,Wu C D,Prilutski D J,et al.High Viscosity Crude Drag Reduction[J].Oil&Gas Journal,1986,(6):24-25.

[2] Shenoy A V.A Review on Drag Reduction with Special Reference to Micellar System[J].Colloid&Polymer Sci,1984,262:319-337.

[3] 王 立,封麟先,毛庆革,等.自旋探针法对原油减阻剂的研究[J].高等学校化学学报,1991,12(10):1390-1392.

[4] 代加林.聚甲基丙烯酸己酯分子线团尺寸与减阻性能关系的研究[J].油田化学,1989,(6):58-64.

[5] Hunston D W.Drag Reduction Characteristic of Polymer Additives[J].J Polym Sci,1976,14:713-716.

[6] Choi H J,Kim C A,Sohn J I.An Exponential Decay Function for Polymer Degradation in Turbulent Drag Reduction[J].Polymer Degradation and Stability,2000,69:341-346.

[7] 孙寿家,郑 彤,陈凤翔.减阻功能高分子 PLMA的合成及其抗剪切稳定性的研究[J].石油学报(石油加工),1999,15(4):57-61.

[8] 尹国栋,关中原.聚合物减阻率与分子量关系的研究[J].油气储运,2001,20(10):36-38.

[9] 赵梦奇,曹 军,奚惠民,等.低温粉碎对烯烃聚合物相对分子质量的影响[J].精细石油化工,2007,24(5):5-7.

[10] Mitier J F,Prilutski D J.Case Histories of Polymer Drag Reduction in Crude Oil Lines[J].Pipe Line Industry,1985,(6):33-37.

[11] 郑 文,封麟先.一种油溶性减阻剂的合成方法:中国,CN1016064 B[P].1992-12-16.

[12] Hunston D L.Effects of Molecular Weight Distribution in Drag Reduction and Shear Degradation[J].Journal of Polymer Science:Polymer,1976,14(3):713-727.

[13] 潘祖仁.高分子化学[M].北京:化学工业出版社,2002:9.

[14] 郑 文,张 玲,杨士林.油溶性减阻功能聚合物的研制[J].石油化工,1993,22(1):38-41.

[15] 郑 文.高分子聚合物和流体的减阻[J].高分子通报,1989,(4):21-24.

[16] Gramain P H,Borreill J.Influence of Molecular Weight and Molecular Structure of Polystyrenes on Turbulent Drag Reduction[J].Rheologica Acta,1978,17(3):303-311.

[17] Wade R H.A Study of Molecular Parameters Influencing Polymer Drag Reduction[C]//TP473.San Diego:Report Naval Undersea Lenter,1975:39.

[18] 米红宇,王吉德,李惠萍,等.本体聚合法制备超高分子量油溶性减阻剂的研究[J].功能高分子学报,2005,18(3):499-503.

[19] 刘晓玲,李惠萍,薄文敏.溶液聚合法制备油溶性减阻剂[J].精细化工,2007,24(5):512-516.

[20] Patterson G K,Hershey H C,Green C D,et al.Effect of Degradation by Pumping on Normal Stresses in Polyisobutylene Solution[J].Trans Soc Rheol,1966,10(2):489-500.

[21] Nakano A,Minoura Y.Effects of Solvent and Characterization on Scission of Polymers with High-speed Stirring[J].J Appl Polym Sci,1975,19:2119-2130.

[22] Yu J F S,Zakin J L,Patterson G K.Mechanical Degradation of High Molecular Weight Polymer in Dilute Solution[J].J Appl Polym Sci,1979,23:2493-2512.

[23] Kim C A,Kim J T,Lee K,et al.Mechanical Degradation of Dilute Polymer Solutions Under Turbulent Flow[J].Polymer,2000,41:7611-7615.

[24] Witold B.Drag Reduction in Flow:Review of Applications,Mechanism and Prediction[J].Journal of Industrial and Engineering Chemistry,2008,14:409-416.

[25] Witold B.Drag Reduction and Mechanical Degradation in Polymer Solutions in Flow[J].Polymer,1983,24:631-638.

[26] Witold B,Ertepinar H,Singh R P.Flow of Dilute Polymer Solutions:Chain Conformations and Degradation of Drag reducers[J].Macromolecules,1990,23(24):5109-5118.

[27] Witold B,Hagg L,Reddy T.Lowering Mechanical Degradation of Drag Reducers in Rurbulent Flow[J].J Mater Res,2007,22:56-60

[28] Peiffer D G,Kowalik R M,Lundberg R D.Drag Reduction with Novel Hydrocarbon Soluble Polyampholytes:USA,US 4640945[P].1987-02-03.

[29] Kowalik R M,Duvdevani I,Kitano K,et al.Drag Reduction Agents for Hydrocarbon Solutions:USA,US 4625745[P].1986-12-02.

[30] Malik S,Shintre S N,Mashelkar R A,et al.Process for the Preparation of a New Polymer Useful for Drag Reduction Hydrocarbon Fluids in Exceptionally Dilute Polymer Solutions:USA,US 5080121[P].1992-01-14.

[31] 赵梦奇,司马义·努尔拉,米红宇,等.1,5-己二烯交联烯烃聚合物的合成及其抗剪切稳定性[J].石油化工,2006,35(4):364-368.

[32] Smith W,Haynes L V,Massouda.Solvent Free Oil Soluble Drag Reducing Polymer Suspension:USA,US5504131[P].1995-04-12.

[33] Milligsn S N,Smith K W.Drag-reducing Polymers and Drag-reducing Polymer Suspensions and Solutions:USA,US 6576732[P].2003-06-10.

[34] Fairchild K,Tipton R,Otier J F,et al.Low Viscosity,High Concentration Drag Reducing Agent and Method Therefor:USA,US 5733953[P].1998-03-31

[35] J·F·莫迪尔,J·R·哈利斯,周陆建,等.用于最佳管道减阻的聚合物浆料类型的组合:中国,CN101180354A[P].2008-05-14.

[36] 裴旭东,陈卫红,李朝恒,等.一种多功能减阻聚合物悬浮液的制备方法:中国,CN101037507A[P].2007-09-19.

[37] 刘 兵,鲍旭晨,高艳清,等.减阻聚合物油基分散方法:中国,CN 1891736A[P].2005-07-01.

[38] Frings B.Heterogeneous Drag Reduction in Turbulent Pipe Flows Using Various Injection Techniques[J].Rheologica Acta,1988,27:1-2.

[39] Kim C Am,Choi H J,Sung J H,et al.Effect of Solubility Parameter of Polymer-solvent Pair on Turbulent Drag Reduction[J].Macromol Symp,2005,222:169-174.

[40] 朱勤勤,郑 文,封麟先,等.油品输送减阻剂组成和合成方法:中国,CN1007156 B[P].1990-12-12.

[41] 米红宇,王吉德,买苏尔,等.长侧链减阻聚烯烃的合成及其抗剪切稳定性的研究[J].现代化工,2005,25(Z1):231-233.

[42] 刘晓玲,李惠萍,薄文旻,等.溶液聚合法制备油溶性减阻剂[J].精细化工,2007,24(5):512-516.

[43] 代加林,李文端,徐 僖.聚甲基丙烯酸己酯分子线团尺寸与减阻性能关系的研究[J].油田化学,1989,6(1):58-64.

[44] Mowla D,Naderi A.Experimental Study of Drag Reduction by a Polymeric Additive in Slug Two-phase Flow of Crude Oil and Air in Horizontal Pipes[J].Chemical Engineering Science,2006,(61):1549-1554.

[45] Shan S N,Kamel A,Zhou Y.Drag Reduction Characteristics in Straight and Coiled Tubing—An Experimental Study[J].Journal of Petroleum Science and Engineering,2006,(53):179-188.

[46] 史蒂文·L·巴克斯特,马克斯·H·刘易斯.改进高分子量减阻聚合物高粘度浓溶液性能的方法:中国,CN1032852A[P].1989-05-10.

[47] E·卡胡.减组聚合物:中国,CN1429248A[P].2003-07-09.

Research on Factors Influencing Drag Reduction Properties of Polymer Drag Reducers

WAN G Chunxiao,LU Jiangyin＊,BO Wenmin
(Key Laboratory of Oil&Gas Fine Chemicals,Ministry of Education,College of Chemistry and Chemical Engineering,Xinjiang University,Urumqi 830046,China)

Factors influencing drag reduction properties of various polymer drag reducers were evaluated in this paper.The effect of molecular weight and molecular weight distribution,spatial structure,anti-shearing degradation,and the post-processing was explored.Finally,measures to strengthen the research on polymeric drag reducing agents in our country were proposed.

polymer drag reducer;molecular weight;molecular weight distribution;anti-shearing degradation;spatial structure

TQ314.24

B

1001-9278(2011)06-0070-07

2011-01-24

国家自然科学基金项目(20963010)

＊联系人,ljy6410@yahoo.com.cn