[发明专利]氧化还原引发剂体系和丙烯酰胺聚合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化还原引发剂体系和丙烯酰胺聚合物及其制备方法和应用。更具体地，本发明涉及一种氧化还原自由基聚合引发剂体系，使用该氧化还原自由基聚合物引发剂体系的丙烯酰胺聚合物的制备方法，由该方法制备的丙烯酰胺聚合物及其应用。

背景技术

近年来，随着油田开采难度的加大，以聚丙烯酰胺溶液为代表的聚合物驱油剂在油田一类、二类油藏的三次采油中有着优异的表现，为油田稳产、增产发挥了重要作用。随着一类、二类油藏可采储量的逐渐减少，三类油藏(指温度为80-95℃且矿化度为1×10⁴mg/L的油藏)的开采势在必行，但其苛刻的地质条件对聚丙烯酰胺驱油剂在高温、高盐下的耐受性提出了更高的要求。工业上的应用推动了聚丙烯酰胺的研发热潮，其中提高聚丙烯酰胺的分子量并增强聚丙烯酰胺的耐温抗盐性能是目前研究的主攻方向。

丙烯酰胺水溶液聚合具有三大特点：(1)反应速度快；(2)放热量大；以及(3)形成的产物凝胶导热性差。实际工业应用中，多采用釜式水溶液聚合来生产聚丙烯酰胺。釜式聚合工艺的设备简单，投资少，是目前国内企业生产阴离子型聚丙烯酰胺的首选。由于工业上釜式聚合规模大，在聚合的过程中又不采取冷却措施，聚合物的边界部分所占比例很小，可以看作“绝热聚合”，体系内的温度随聚合反应的进行显著升高。然而，一般而言，自由基聚合反应中，温度直接影响反应速度和产品质量，温度越高，聚合反应速度越快，得到的聚合物的分子量越低。因此，在丙烯酰胺的釜式聚合反应中，提高聚丙烯酰胺的分子量的关键之一是选择初始引发温度低且活性高的引发剂体系。然而，使用现有的引发剂体系进行丙烯酰胺的聚合很难获得具有更高分子量的聚丙烯酰胺，更重要的是，使用现有的引发剂体系进行丙烯酰胺的聚合不能获得即使在高温下且高矿化度的水中仍然具有高的表观粘度的聚丙烯酰胺。

因此，针对聚丙烯酰胺工业化釜式聚合的特点，开发新型的初始引发温度低的引发体系，在保证高单体转化率的同时，使体系中大部分反应在低温范围内平缓进行，从而获得更高分子量、在高温下且高矿化度的水中仍然具有高的表观粘度的聚丙烯酰胺是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服使用现有的氧化还原引发体系进行丙烯酰胺的聚合很难获得具有更高的分子量、在高温下且高矿化度的水中仍然具有高的表观粘度的丙烯酰胺聚合物的不足，提供一种氧化还原引发剂体系和丙烯酰胺聚合物及其制备方法和在聚合物驱油剂中的应用，使用该氧化还原引发剂体系进行聚合不仅能够得到具有更高的分子量的丙烯酰胺聚合物，而且该丙烯酰胺聚合物在高温下、高矿化度的水中具有高的表观粘度。

本发明提供一种氧化还原引发剂体系，该氧化还原引发剂体系含有过硫酸盐和亚硫酸盐，其中，所述氧化还原引发剂体系还含有式I所示的化合物，

式I中，R为H、碳原子数为1-5的直链或支链烷基、碳原子数为1-5的氨基烷基以及NH₂中的一种。

本发明还提供一种丙烯酰胺聚合物的制备方法，该方法包括在引发剂和无机碱的存在下，将丙烯酰胺和耐温抗盐单体在水中进行聚合，其中，所述引发剂含有本发明提供的氧化还原引发剂体系。

本发明还进一步提供一种丙烯酰胺聚合物，该丙烯酰胺聚合物是通过本发明提供的方法制备的。

本发明还进一步提供了上述丙烯酰胺聚合物在聚合物驱油剂中的应用。

根据本发明的氧化还原引发剂体系的活性高且初始引发温度低，能够在0-20℃之间引发丙烯酰胺与耐温抗盐单体的聚合反应，使得聚合反应平稳进行，因而适于通过釜式聚合来制备具有更高分子量的丙烯酰胺聚合物。并且，根据本发明的氧化还原引发剂体系还能够通过改变引发剂体系的组成来对聚合体系的诱导期进行调控。

采用本发明提供的氧化还原引发剂体系的根据本发明的丙烯酰胺聚合物的制备方法不仅能够获得具有更高分子量的丙烯酰胺聚合物，而且得到的丙烯酰胺聚合物在高温下、高矿化度的水溶液中仍然具有高的表观粘度，在浓度为1500毫克/升且矿化度为10000mg/L的丙烯酰胺聚合物的水溶液在95℃的表观粘度能够达到20.4-28.3mPa·s。

并且，根据本发明的丙烯酰胺聚合物具有优异的耐温抗盐性能，浓度为1500毫克/升且矿化度为10000mg/L的丙烯酰胺聚合物的水溶液在95℃的无氧环境中进行1个月的老化试验，表观粘度保持率为90％以上，进行3个月的老化试验，表观粘度保持率为80％以上。

附图说明