[发明专利]非线型缔合水溶性四元共聚物及其制备方法和用途

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种非线型缔合水溶性四元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

目前在我国的三次采油中，为了提高石油采收率，聚合物驱油因其实施工艺简单是一种被广泛应用的采油技术，而在较高的温度下，一种低浓度的驱油聚合物在各种油藏的矿化度下，仍能保持高的溶液粘度，一直是驱油聚合物的研究目标。当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。为了保证HPAM的溶解度，HPAM的水解度一般为10～30％。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和高水解度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。

由于驱油聚合物首先必须具有良好的溶解性，因此，HPAM的分子量不可能无限制地增大，也即是靠提高HPAM的分子量来改进其增粘和抗盐性能是有局限的，另外，HPAM的分子量越高，其抗剪切性能也越差，因此，为了提高对HPAM溶液的抗盐性，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与带有耐温抗盐性能结构单元的功能单体共聚，制备线型耐温抗盐共聚物；②在HPAM溶液中添加小分子有机或无机交联剂，对HPAM进行弱交联，得到可流动的水凝胶；③利用大分子基团间的氢键和静电库仑力，进行大分子自组装，如两性离子聚合物和聚合物复合体系；④与带有疏水基团的疏水单体共聚，得到线型疏水缔合共聚物；⑤与大单体共聚，得到梳型共聚物。上述各类丙烯酰胺改性聚合物各有其突出的特点，但也存在明显的不足，HPAM交联弱凝胶因分子链的刚性强，其耐温和抗盐性能较好，但由于其流体力学半径大，易堵塞石油储层的小孔隙，特别是中、低渗透储层的孔喉，只适用于高渗透油藏。对于线型的耐温抗盐共聚物，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；对于线型疏水缔合离子型共聚物，盐对离子的静电屏蔽作用致使分子间的缔合作用受到严重影响；对于具有刚性构象的梳型离子型共聚物，虽然改变了驱油聚合物传统的线型分子结构，增强了聚合物的抗盐性，但共聚物溶液也同样存在盐效应。因此，不同浓度盐的加入都使上述三种共聚物的水溶液粘度大幅度下降。因此，研究在溶液低浓度下，同时具有高增粘、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仍然是驱油聚合物研究的难题。刘坤，油田化学，2007，24(4)：340343，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，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。廖礼等，天津化工，2006，20(4)：29-35，研究了耐温抗盐三元驱油共聚物丙烯酰胺/3-丙烯酰胺基-3-甲基丁酸钠/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成，发现这种共聚物在40℃、6.8s^-1和浓度为2.5g/L时，其在水溶液和质量浓度为9％的NaCl盐水溶液中的表观粘度均不高，分别为90mPa.s和50mPa.s。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，结果发现，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。耿同谋等，精细化工2006，23(8)：747-751，合成了三元疏水缔合水溶性聚合物聚(丙烯酰胺/丙烯酸钠/N，N-双烯丙基十四胺)〔P(AM/NaAA/DiAC₁₄)，研究发现，质量浓度为4g/L的该共聚物在85℃和7.34s^-1时的水溶液表观粘度为80mPa.s，盐的加入使溶液的粘度值降低。罗健辉等，石油学报，2004，25(2)：67-73，合成了AM/AHPE梳形共聚物(KYPAM)，此类聚合物的分子量高达2.514×10⁷，在盐水中的增稠能力比目前国内超高分子量聚丙烯酰胺在盐水中的增稠能力提高50％以上，但其在盐水中的表观粘度也低于淡水中的，而且梳形聚合物的流体力学半径大，只适用于高渗透储层，易堵塞中、低渗透储层的孔喉。

三、发明内容