[发明专利]一种非离子热增粘水溶性聚合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种非离子热增粘水溶性聚合物及其合成方法，属水溶性高分子领域。

背景技术

水是最廉价的环保型溶剂，因而水溶性高分子得到了极其广泛的应用，其应用范围包括涂料、絮凝剂、造纸、纺织、食品、清洁剂、化妆品、三次采油等行业。长期以来，占有主导地位的却是水处理、造纸和食品行业，而为人熟知的石油行业却不是想象的那样高。近年来，由于工业化进程的加快所带来的对能源的巨大需求，对在能源构成中占较大比例的石油和天然气的需求也将大量增加，从而也使油气工业对水溶性高分子的需求日益加大。很多“告别”石油的公司又重新开启了开发油田化学品的大门，如非洲的Total公司。在美国发动阿富汗和伊拉克战争以后，石油价格一度飙升，原油期货价格高达78.9美元/桶，几乎增加了3倍，使得三次采油行业变得更为有利可图。事实上，中国的石油天然气工业已成为国内最大的水溶性高分子用户，除了大庆油田在1997年建成了世界上最大的聚丙烯酰胺生产装置(5万吨/年)外，从事水溶性聚合物聚合物生产的厂家还有数百家。

目前，我国许多油田已进入稳产和产量递减阶段，剩余油的分布主要集中在西北和东部的低渗透和特地渗透、埋藏于3500米以下的油田，主力油田已进入高含水阶段，特别是大庆油田和胜利油田的综合含水高达88％。我国综合采出率为30％多一点，也就说还有60％以上的原油仍然存在于地层中无法采出，在大庆油田1996年投注的6个区块来看，大部分都已经进入后续水阶段。到2002年12月，平均聚合物用量已经达到725.7PV.mg/L，聚合物浓度1027.1mg/L，综合含水已回升到94.37％。。挖掘老油田的潜力、进行三次采油来提高原油采收率是我国油田在未来数十年内面对的必由之路，是缓解我国绝大多数油田衰老速度、维持原油生产、减少对国外原油依赖程度的战略要求。而对于其他的油田，如胜利油田胜利平均温度70℃，矿化度7000mg/L，最高温度110℃，矿化度50000mg/L；塔河油田地层水矿化度平均为195052.10mg/L，5450m处地层温度为125.5℃，还有中原、长庆、新疆等高温、高矿化度、低渗高剪切油田，也将逐步实施三次采油，但是对于大庆的工艺条件和聚合物就不能够满足这样要求。

用于油气田开发用的水溶性聚合物主要为聚丙烯酰胺类聚合物和黄原胶。但对于油气田开发，对水溶性聚合物提出了如下要求：(1)良好的水溶性；(2)高效增粘性；(3)良好的剪切稀释性和触变性；(4)良好的抗盐性；(5)良好的耐温性；(6)良好的抗氧化性；(7)良好的生物稳定性；(8)渗流特性能满足油气开采工程的要求。但就以上两类聚合物而言，均有其不足之处：(1)聚丙烯酰胺类聚合物，由于其含有大量的丙烯酸(钠)，聚合物中的羧酸根与Ca²⁺、Mg²⁺离子结合，易产生沉淀而使溶液分相，聚合物溶液的增粘能力显著下降，且温度升高，粘度急剧下降；(2)黄原胶为天然产物，其抗氧化能力和抗生物降解能力非常低，易于在这两种环境中降解。这两类聚合物都是基于“被动抵抗”来适应应用环境的聚合物。相反，能否主动的适应环境，即在恶劣的地层环境中发挥得更好性能的聚合物呢？因此，法国科学家Hourdet小组及其合作者提出了热增粘这一概念，合成出了热增粘水溶性聚合物，但该方法主要局限于理论研究，即通过低浓度下化学后改性制备热增粘聚合物，很难实现工业化。

因此，为了热增粘水溶性聚合物真正得到应用，必须对其分子结构进行重新设计，对其合成方式加以改进。

发明内容

本发明的目的是采用一种热增粘水溶性聚合物的分子设计方法，利用非离子型水溶性大单体与非离子单体丙烯酰胺共聚，得到一类非离子型的热增粘水溶性聚合物。采用非离子型水溶性大单体和非离子单体丙烯酰胺共聚，不仅可以增加共聚物的水溶性，而且可以使共聚物的随温度的增加粘度显著增加。

本发明具有以下特点：

1、本发明合成的非离子型热增粘水溶性聚合物具有良好的水溶性，在溶液中均具有显著的热增粘作用。图1是非离子型热增粘水缔合水溶性聚合物的粘度～温度关系曲线，这两种聚合物是在相同的条件下合成的。

2、本发明采用了简单的偶合反应，制备了非离子型的水溶性大单体。

3、本发明采用的两种非离子水溶性单体二元共聚，共聚物除具有一般水溶聚合物的特点外，还具有热增粘功能。当聚合物浓度大于一定值时，聚合物溶液的粘度不但不随温度的升高而降低，相反还上升。因此，可以用于油气田开发的很多环节。