[发明专利]一种阴离子型热增黏水溶性聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种阴离子型热增黏水溶性聚合物及其制备方法，包括以下步骤：利用丙烯酰胺、丙烯酸与Pluronic三嵌段聚合物进行反相乳液聚合，通过丙烯酰胺的高反应活性和反相乳液聚合提高热增黏聚合物的分子量，在低浓度下即可产生明显的热增黏效果，可降低应用成本；所得到的聚合物乳液的溶解速度明显快于聚合物干粉的溶解速度；所得到的乳液稀释液再次加入少量反相剂后，具有较强的热增黏行为，随着反相剂加入量的增加，乳液稀释液有不同的热增黏行为。

技术领域

本发明属于智能水溶性高分子领域及油气开采领域，具体涉及一种热增黏水溶性聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国经济的高速发展，对石油、天然气的依赖逐渐增大。聚合物驱三次采油是一种有效提高原油采收率的手段。水溶性聚合物特别是部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)由于具有易得、价廉、良好的水溶性、极强的增黏性而在三次采油中得到了广泛的应用。但随着油气开采转向深井、高温、高盐储层，以及现场采用采出污水配制聚合物溶液，HPAM表现出了耐温抗盐性差的缺陷。

国内外大量的研究表明，HPAM由于其主链上羧酸根之间的静电排斥，所以其在淡水中具有极强的增黏能力。但如果聚合物配制用水或地层水存在Na⁺、K⁺等一价无机盐时，HPAM分子链内和分子链间的静电排斥被屏蔽，导致聚合物线团收缩，聚合物增黏能力大幅度削弱；在Ca²⁺、Mg²⁺等高价阳离子存在时，羧酸根与其络合，形成沉淀，导致聚合物溶液分相而丧失增黏能力(S.Peng,et al.Macromolecules,1999,32:585；J.etal.Polymer,1997,38:6115)。随着井深加大，井底温度升高。通常聚合物溶液遵从阿伦尼乌斯定律，其溶液黏度随着温度升高而降低，即“热变稀”。在温度高于75℃时，HPAM分子结构中的酰胺基团进一步水解为羧酸根，如果溶液中含有Ca²⁺、Mg²⁺等高价阳离子，则会加速分相，彻底丧失增黏能力(K.S.Sorbie.Polymer-improved Oil Recovery.CRC Press,BocaRaton,1991)。

为克服上述缺陷，目前主要采用两种方法：一是尽可能增大聚合物的分子量，以期在经过高温、高盐的作用后，仍能获得较高的黏度保留率；二是在丙烯酰胺基聚合物中引入耐温、抗盐基团。但增大聚合物分子量后，其更容易受到剪切和拉伸降解。而增加耐温抗盐基团，不仅会使聚合物的分子量收到影响，而且也会增大成本。

为改以上现状，法国科学家Hourdet小组提出了“热增黏聚合物”(thermoviscosifying polymer)或“热增稠聚合物”(thermothickening polymer)的概念(D.Hourdet,et al.Polymer,1994,35:2624)。与传统HPAM不同，该类聚合物的水溶液黏度不仅不会随着温度升高而降低，相反却会随着温度升高而相应升高。“热增黏聚合物”的基本原理是：在水溶性聚合物中引入具有低临界溶解温度(LCST)的侧链，当温度T>LCST时，聚合物侧链疏水性增强，聚合物表现出两亲性，当聚合物浓度高于临界交叠浓度时，侧链之间通过范德华力相互作用缔合形成三维网络状聚集体，使聚合物链之间、聚合物与溶剂之间的摩擦力增大，从而宏观上表现出“热增黏”的特性。

目前，热增黏聚合物的制备方法有接枝改性、溶液聚合、本体聚合、分散聚合等。

专利EP0583814B1介绍了在N-(3-二甲氨基丙基)-N′-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)或二环己基碳二亚胺(DCCI)存在下，将O-(2-氨乙基)-O′-甲基聚乙烯醇(POE)接枝在聚丙烯酸链上，介质为水，接枝率为30％—35％。所得聚合物分子量仅有7×10⁵g·mol^-1，因此聚合物浓度必须在高于2％(w/w)时才有明显的热增黏现象。现有采用接枝改性制备热增黏聚合物方法通常较为复杂，支链分布不均匀，所得聚合物分子量低，并且偶联剂的使用对环境造成的污染很大。