CN106397694B - 一种抗高盐梳型微嵌段疏水缔合聚合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗高盐梳型微嵌段疏水缔合聚合物及其制备方法，采用混合胶束聚合的方法制备梳型微嵌段疏水缔合聚合物：在含有丙烯酰胺、丙烯酸等水溶性单体的水溶液中，加入表面活性剂(SDS)以及阳离子疏水单体以及非离子表面活性单体形成混合胶束，将双尾型疏水单体N‑芳香基‑N‑烷基(甲基)丙烯酰胺(PEMAM)增溶在混合胶束内，进而通过光引发的方式，将疏水单体与水溶性单体进行共聚，得到梳型微嵌段疏水缔合聚合物。本发明中的聚合物具有梳型结构，提高了聚合物的耐温性、增黏性和抗盐性；微嵌段的疏水结构赋予了聚合物优异的抗盐性、增黏性、并可以有效降低聚合物的用量，将二者的优势结合，制备出了可用于油田化学驱的耐温抗盐聚合物。
Description
技术领域
本发明属于油田化学技术领域，特别涉及一种用于提高采收率的抗高盐梳型微嵌段疏水缔合聚合物及其制备方法。
背景技术
随着国内石油开采的不断进行，很多油田都已进入二次甚至三次采油阶段，采油作业中所需要面对的油藏条件越来越恶劣，因此，如何有效解决在三次采油中高温、高盐对聚合物性能的影响已经成为三次采油领域中必须高度重视并及时解决的问题之一。目前采油作业中使用的聚合物如聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺等，难以满足高温高盐条件下聚合物驱的要求，各种新型聚合物应运而生。
作为新型聚合物中的一种，疏水缔合聚合物具有优异的抗盐性、较好的耐温性而得到较多的关注。目前，国内外对于疏水缔合聚合物进行了广泛的研究，并取得一定成果，如申请号为201310511262.X的《一种钻井液用梳型聚合物乳液及制备方法》、申请号为201511018952.7的《一种疏水缔合聚合物及其制备方法》、申请号为201510939687.X的《一种含氟双尾疏水缔合聚合物及其制备方法》等所公开的聚合物均具有一定抗温抗盐功能，但目前的这些疏水缔合聚合物也存在着一定缺陷：在矿化度较高，特别是硬度较高的水中，黏度降低幅度较大；随温度的升高，聚合物黏度下降较快，黏度较低；在高温高盐双重条件下，黏度降幅较大，黏度低。因而，如何进一步提高疏水缔合聚合物的耐温抗盐性，以满足日益恶劣的油藏条件，是一个极具挑战的研究内容，也是油田生产中亟待解决的问题。
发明内容
针对上述问题，为克服现有技术不足，本发明的目的在于提供一种抗高盐梳型微嵌段疏水缔合聚合物，梳型结构能够提高聚合物分子链的刚性，提高了聚合物的耐温性、增黏性和抗盐性，微嵌段的疏水结构赋予了聚合物优异的抗盐性、增黏性，可以有效降低聚合物的用量，将二者的优势结合，制备出了可用于油田化学驱的耐温抗盐聚合物。
本发明的另一个目的在于提供该抗高盐梳型微嵌段疏水缔合聚合物的制备方法，将丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)等水溶性单体用蒸馏水溶解，调节pH后加入一定量非离子表面活性单体、阳离子疏水单体、油溶性疏水单体(PETMAM)、十二烷基磺酸钠(SDS)，搅拌均匀后，加入光引发剂，在光引发条件下进行聚合。该方法原理可靠，操作方便，具有广阔的应用前景。
为了达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种抗高盐梳型微嵌段疏水缔合聚合物，其结构式如下：
式中：x，y，z为结构单元数，x为70％～85％，y为15％～30％，m+z为0.1％～0.5％，x+y+z+m＝1；聚合物粘均分子量为200～1000万；R为疏水烷基链，碳原子数为8～16。
采用混合胶束聚合的方法制备双尾型丙烯酰胺类疏水缔合聚合物：在含有丙烯酰胺、丙烯酸等水溶性单体的水溶液中，加入表面活性剂(SDS)以及阳离子疏水单体以及非离子表面活性单体形成混合胶束，将双尾型疏水单体N-芳香基-N-烷基(甲基)丙烯酰胺(PEMAM)增溶在混合胶束内，进而通过光引发的方式，将疏水单体与水溶性单体进行共聚，得到梳型微嵌段疏水缔合聚合物。
一种抗高盐梳型微嵌段疏水缔合聚合物的制备方法，依次包括以下步骤：
S1、室温环境下，在蒸馏水中加入丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)搅拌均匀，用NaOH调节pH值为6～8，再加入十二烷基硫酸钠(SDS)、阳离子疏水单体、非离子表面活性单体、双尾型疏水单体N-芳香基-N-烷基(甲基)丙烯酰胺(PEMAM)搅拌至溶液澄清透明；
S2、通氮气15min，除去水中的溶解氧；加入光引发剂，置于光引发装置下反应3～4h，反应温度为室温，得到白色聚合物胶体，即为梳型微嵌段疏水缔合聚合物。
上述步骤的反应原理如下：
式中x，y，z为结构单元数，x为70％～85％，y为15％～30％，m+z为0.1％～0.5％，x+y+z+m＝1；聚合物粘均分子量为200～1000万；a为7、9、11或13，b为10～30，c为1、2或3。
进一步的，所述步骤S1中，反应单体总质量分数为25％，其中丙烯酰胺17.5％～21.25％，丙烯酸3.75％～7.5％，表面活性单体(Surfmer)和N-芳香基-N-烷基(甲基)丙烯酰胺占总单体的摩尔分数为0.1％～0.5％，表面活性剂(SDS)的质量分数为0～1％。
进一步的，所述步骤S2中，所述光引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(Irgacure 2959)。
因结构中亲水、疏水基团的相互排斥作用，使梳型聚合物具有较好的耐温性；因疏水缔合作用，使疏水缔合聚合物拥有优异的抗盐性；将二者的优势结合，有望制备出耐温抗盐的新型聚合物。将非离子表面活性单体以及一种双尾型疏水单体同时引入到聚合物分子主链中，合成了一种梳型微嵌段疏水缔合聚合物。表面活性单体的长侧链赋予聚合物梳型结构，可以获得较好的耐温性；表面活性单体的疏水基团远离双键，受聚合物分子链卷曲屏蔽作用较小，具有较强的疏水缔合作用，起到很好的增黏性；表面活性单体中的乙氧基可以络合盐水中的二价离子，起到很好的抗盐作用；双尾型疏水单体，具有较强的疏水缔合作用；同时利用阳离子单体与表面活性剂(SDS)形成混合胶束，增大胶束空腔体积，扩大疏水微嵌段的长度，增强增黏性。上述优势结合，可以显著提高疏水缔合聚合物的增黏性以及耐温抗盐性。
本发明的有益之处在于：
1、与现有的疏水单体相比，本发明采用的三种疏水单体，非离子表面活性单体分子链较长，聚合后使聚合物具有长侧链的梳型结构，并且疏水基团远离聚合物分子主链，减弱了分子链卷曲对疏水缔合作用的影响，聚合物的增黏性得到增强；
2、该单体中的乙氧基在盐溶液中可以产生螯合作用和氢键作用，赋予了聚合物优异的增黏性和抗盐性；
3、双尾型疏水单体(PEMAM)具有双尾结构和苯环结构，以微嵌段的形式无规分布在聚合物分子主链上，能有效降低聚合物的临界缔合浓度、增强了疏水缔合作用；
4、阴阳离子表面活性剂复配可以有效增大胶束体积，有助于疏水微嵌段长度的增加；
5、三种疏水单体的共同作用，赋予了梳型微嵌段疏水缔合聚合物优异的增黏性和耐温抗盐性；
6、所述梳型微嵌段疏水缔合聚合物拟用于油田开发中作为提高原油采收率的驱油剂，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为梳型微嵌段疏水缔合聚合物的红外谱图；
图2为梳型微嵌段疏水缔合聚合物的黏度-浓度关系曲线；
图3为温度对梳型微嵌段疏水缔合聚合物黏度的影响；
图4为氯化钠对梳型微嵌段疏水缔合聚合物黏度的影响；
图5为钙镁离子对梳型微嵌段疏水缔合聚合物黏度的影响。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
一种抗高盐梳型微嵌段疏水缔合聚合物的制备：
称取10.625g丙烯酰胺(AM)、1.875g丙烯酸(AA)，加蒸馏水搅拌均匀，调节pH值为7；加入0.1g N-苯乙基-N-十四烷基甲基丙烯酰胺(PETMAM)、0.4g非离子表面活性单体(b为20)、0.01g阳离子疏水单体(R个数为14)和0.2g十二烷基硫酸钠(SDS)，添加一定量蒸馏水，使溶液体积达到50mL，搅拌至溶液澄清透明；通氮气15min，除去水中的溶解氧；加入引发剂Irgacure 2959，置于光引发装置下，反应4h。
实施例2：
称取8.75g丙烯酰胺(AM)、3.75g丙烯酸(AA)，加蒸馏水搅拌均匀，调节pH值为7；加入0.1g N-苯乙基-N-十四烷基甲基丙烯酰胺(PETMAM)、0.4g非离子表面活性单体(b为20)、0.01g阳离子疏水单体(R个数为14)和0.2g十二烷基硫酸钠(SDS)，添加一定量蒸馏水，使溶液体积达到50mL，搅拌至溶液澄清透明；通氮气15min，除去水中的溶解氧；加入引发剂Irgacure 2959，置于光引发装置下，反应4h。
实施例3：
称取10g丙烯酰胺(AM)、2.5g丙烯酸(AA)，加蒸馏水搅拌均匀，调节pH值为7；加入0.1g N-苯乙基-N-十四烷基甲基丙烯酰胺(PETMAM)、0.4g非离子表面活性单体(b为20)、0.01g阳离子疏水单体(R个数为14)和0.2g十二烷基硫酸钠(SDS)，添加一定量蒸馏水，使溶液体积达到50mL，搅拌至溶液澄清透明；通氮气15min，除去水中的溶解氧；加入引发剂Irgacure 2959，置于光引发装置下，反应4h。
实施例4：
梳型微嵌段疏水缔合聚合物的红外谱图：
图1是实施例3所合成的疏水缔合聚合物的红外谱图，从图中可以看到：3411-3482cm-1处为伯酰胺N-H伸缩振动吸收峰，1638cm-1处为羰基的特征吸收峰，1619cm-1处为伯酰胺N-H弯曲振动吸收峰，1454-1557cm-1处为苯环骨架的伸缩振动峰，1109cm-1为C-O-C的特征吸收峰。
实施例5：
梳型微嵌段疏水缔合聚合物的增黏效果分析：
将实施例1、2、3所制备的聚合物剪碎、溶解，用清水稀释到不同浓度。将溶解好的聚合物，在室温、剪切速度为7.34s-1的条件下，测定聚合物的黏度-浓度曲线，如图2所示。
从图2中可以看出，实施例1和3所制备的聚合物，其临界缔合浓度(CAC)较低，为800mg/L左右；聚合物的增黏效果好，浓度高于800mg/L后，黏度大幅度提高。实施例1、2、3所制备的聚合物均具有较好的增黏性，其中实施例3所得的聚合物增黏效果最好。
实施例6：
梳型微嵌段疏水缔合聚合物的耐温性：
对实施例3制备的聚合物进行耐温性评价。将制备的疏水缔合聚合物在清水、盐水中配制成1500mg/L的聚合物溶液。在室温、剪切速度为7.34s-1的条件下，测定聚合物溶液的黏度随温度的变化关系。
从图3中可以看出，在30℃之前，聚合物在清水中的黏度随温度的升高而升高，表现出热增稠现象，随后黏度开始下降，达到90℃后黏度依然略高于初始黏度，表现出优异的耐温性。在盐水中，随温度升高，聚合物溶液黏度下降较快，但达到90℃后，黏度依然可以保持在50mPa·s以上，表现出较好的耐温性。
实施例7：
梳型微嵌段疏水缔合聚合物的抗盐性：
对实施例3制备的聚合物进行抗盐性评价。将制备的疏水缔合聚合物在不同矿化度下配制成1500mg/L的聚合物溶液。在室温、剪切速度为7.34s-1的条件下，测定聚合物溶液的表观黏度随矿化度的变化关系。
从图4中可以看出，随氯化钠浓度的升高，聚合物的黏度呈现出先升高再降低的趋势，当氯化钠浓度达到80000mg/L之后，聚合物溶液的黏度依然高于聚合物在清水中的黏度，表现出优异的抵抗氯化钠的能力。
从图5中可以看出，随钙镁离子含量的升高，聚合物的黏度波动较大。但即使钙镁离子浓度升高到3000mg/L，聚合物溶液的黏度依然高于初始浓度，表现出优异的抗钙镁离子的能力，有助于高钙镁油藏中聚合物驱的顺利有效进行。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种抗高盐梳型微嵌段疏水缔合聚合物，其特征在于，结构式如下：
；
式中：x，y，z为结构单元数，x为70%～85%，y为15%～30%，m+z为0.1%～0.5%，x+y+z+m=1；聚合物粘均分子量为200～1000万；R为疏水烷基链，碳原子数为8～16；
采用混合胶束聚合的方法制备双尾型丙烯酰胺类疏水缔合聚合物：在含有丙烯酰胺、丙烯酸等水溶性单体的水溶液中，加入表面活性剂SDS以及阳离子疏水单体以及非离子表面活性单体形成混合胶束，将双尾型疏水单体N-芳香基-N-烷基甲基丙烯酰胺增溶在混合胶束内，进而通过光引发的方式，将疏水单体与水溶性单体进行共聚，得到梳型微嵌段疏水缔合聚合物。
2.一种权利要求1所述的抗高盐梳型微嵌段疏水缔合聚合物的制备方法，依次包括以下步骤：
S1、室温环境下，在蒸馏水中加入丙烯酰胺、丙烯酸搅拌均匀，用NaOH调节pH值为6～8，再加入十二烷基硫酸钠、阳离子疏水单体、非离子表面活性单体、双尾型疏水单体N-芳香基-N-烷基甲基丙烯酰胺搅拌至溶液澄清透明；
S2、通氮气15min，除去水中的溶解氧；加入光引发剂，置于光引发装置下反应3～4h，反应温度为室温，得到白色聚合物胶体，即为梳型微嵌段疏水缔合聚合物；
上述步骤的反应原理如下：
；
式中x，y，z为结构单元数，x为70%～85%，y为15%～30%，m+z为0.1%～0.5%，x+y+z+m=1；聚合物粘均分子量为200～1000万；a为7、9、11或13，b为10～30。
3.根据权利要求2所述的一种抗高盐梳型微嵌段疏水缔合聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述光引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。
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