[发明专利]水溶性微交联共聚物及其制备方法和用途

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种水溶性微交联共聚物及其制备方法和用途，属于高分子材料和提高石油采收率领域。

二、技术背景

目前我国许多大型油田已进入开采中后期，采出液含水率日渐提高，不少油井产出液含水率高达90％。因此，采用在注水中添加化学剂的化学驱已成为我国石油工业的重要技术措施，而聚合物驱油是化学驱中行之有效的技术。聚合物驱首要的目标是研制高性价比的驱油聚合物，驱油用聚合物应具有优良的水溶性，在油层环境条件如油层温度和矿化度下，聚合物仍能保持强的增粘性能，不易发生降解，抗老化性能良好。此外，由于采油生产消耗的聚合物驱油剂的量很大，因此，生产成本是聚合物驱油剂能否被应用于现场的重要标准。目前已商品化的工业产品仍然主要是部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)。HPAM为线型的分子结构，其增粘主要依赖于超高分子量，分子量高达1.6×10⁷～3.0×10⁷，虽然HPAM在低矿化度油藏中的增粘能力强，但本身的线型分子结构使其在高矿化度油藏中的抗盐性以及耐温、抗剪切和抗老化等溶液性能较差。

针对HPAM溶液性能的不足，国内外研究者通过如下的途径对聚丙烯酰胺进行了改性：①在HPAM溶液中添加小分子有机或无机交联剂对HPAM弱交联得到可流动的水凝胶；②与带有耐温抗盐性能结构单元的功能单体共聚，制备耐温抗盐共聚物；③利用大分子基团间的氢键、静电库仑力与疏水缔合等分子间作用力，进行大分子自组装，如两性离子聚合物、聚合物复合体系和疏水缔合聚合物。由于交联结构的存在，聚合物刚性增强，构象转变难度增大，在高温(75-90℃)、高矿化度下能显示优良的耐温抗盐性能，保持良好的热稳定性，但体系的交联度及其交联分布难于控制，使得其流体力学半径大，易堵塞石油储层的小孔隙，尤其是中、低渗透储层的孔喉，只适用于高渗透油藏。其余上述各类丙烯酰胺改性聚合物各有其突出的特点，但为了使这些聚合物具有良好的溶解性，在分子链中都引入了离子基团，都具有线型的分子结构，因此，也存在鲜明的缺陷，因盐对离子的静电屏蔽作用，盐的加入不可避免地使线型大分子链卷曲，溶液粘度大幅度下降，从而使得采油用聚合物的消耗量大，尚难满足深部油藏三次采油的要求。因此，研究与开发同时具有增粘、抗盐、耐温、抗剪切和抗老化，能用于不同渗透率油藏的驱油水溶性聚合物一直是驱油聚合物研究的难题。邵振波等，油田化学，2005，22(2)：72-77，研究了驱油过程中HPAM的机械降解，发现HPAM分子链在通过低渗透率油岩层孔喉部出入口时由于受到强烈的剪切与拉伸作用，分子量的损失巨大，溶液表观粘度的保留值只有20％左右。吕静兰等，石油化工，2005，34(6)：72-77，合成了线型的甲基丙烯磺酸钠-N，N-二甲基丙烯酰胺-丙烯酰胺耐温抗盐共聚物，并研究了其溶液性能，盐的加入使得溶液粘度明显下降，当该共聚物浓度为1.5g/L时，溶液的表观粘度由淡水中的260mPa.s下降到矿化度为5g/L时的60mPa.s。刘坤，油田化学，2007，24(4)：340-343，研究了铬交联剂Water-Cut684与两种聚合物MO-400和恒聚聚合物形成的弱凝胶，并测试了弱凝胶提高采收率的情况，结果发现，弱凝胶驱提高采收率的能力明显高于线型聚合物驱，但用于实验的填砂管均是高渗透率，分别为5.0μm²和1.5μm²。

三、发明内容

本发明的目的是根据目前驱油聚合物的研究现状和不足，改变驱油聚合物易发生卷曲的线型主链结构，提供了一种水溶性好，具有共聚微交联结构，分子内卷曲困难，并且具有分子缔合能力，在水溶液中能形成可逆的物理超分子聚集结构的水溶性微交联共聚物及其制备方法和用途，其特点是以高聚合反应活性、聚合物溶解性较好、价格低的丙烯酰胺(AM)作为主要的亲水单体，以共聚反应活性好、具有四官能度及含有疏水基团苯基的二乙烯基苯为交联共聚单体，少量的阴离子单体为增溶亲水单体，采用自由基胶束共聚法合成了水溶性微交联共聚物PADM(分子结构见附图1)。