[发明专利]烯醚系单体和水溶性热增稠共聚物及制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种烯醚系单体和由该烯醚系单体聚合得到的水溶性热增稠共聚物，以及该烯醚系单体的制备方法、该水溶性热增稠共聚物的制备方法和该水溶性热增稠共聚物的应用。

背景技术

众所周知，石油是一种战略性能源，是过去一百多年间全球经济发展和社会进步不可缺少的推进剂。由于其不可再生性和储量的有限性，许多年来，世界各国都积极研究和开发石油的替代能源，尽管取得不小的进展，然而，在可以预见的将来，石油仍将是世界经济赖以发展的重要物质基础。我国是石油资源相对匮乏的国家，为了保证国家经济建设和发展对石油资源的需求，我国从20世纪50年代就开始积极探索、研究和开发提高石油采收率的各种技术。经过多年的努力，取得了世界瞩目的成绩，形成了具有世界先进水平的提高石油采收率综合技术体系。作为提高石油采收率重要技术之一的聚合物驱油技术，其原理是在注水中加入水溶性高分子量聚合物，籍此提高水溶液的粘度，改善水/油流度比，增大波及效率，减少波及带的含油饱和度，从而提高石油采收率。

在20世纪80年代，聚合物驱就已被确定为我国三次采油的主攻方向之一。迄今为止，聚合物驱为提高我国的石油采收率作出了巨大贡献。以大庆油田为例，截至2007年底，大庆油田的聚合物驱年产油连续7年超过1000万吨，换油率150吨/吨以上，水驱采收率提高10个百分点以上。聚合物驱油技术已成为大庆油田稳产的重要保障。工业生产中使用的聚合物驱油剂以部分水解聚丙烯酰胺为主。普通部分水解聚丙烯酰胺的缺点是在高温下水解速度很快，生成大量的羧基，羧基与水中二价阳离子(Ca²⁺，Mg²⁺)的不可逆结合使得聚合物发生分相并沉淀，导致水溶液粘度显著下降。换言之，普通部分水解聚丙烯酰胺的性能难以满足高温高盐油田提高石油采收率的使用要求。

为提高部分水解聚丙烯酰胺的性能，开发出具有优良耐温耐盐性能的、能满足高温高盐油田三次采油使用要求的新一代聚合物驱油剂，人们进行了大量的研究工作。例如，US 4644020公开了含有N-乙烯基吡咯烷酮的丙烯酰胺共聚物，该共聚物具有优异的抗水解能力，在高温条件下其水溶液的粘度保持率比普通部分水解丙烯酰胺高很多。但是该聚合物的分子量较小，其水溶液粘度尚未达到聚合物驱的使用要求。CN 1125094C公开了一种耐温耐盐共聚物增稠剂，该共聚物的特征是分子中含有两亲性大单体链节，显示出比普通部分水解聚丙烯酰胺更好的耐温耐盐性，但该共聚物中的两亲性支链通过酯键与主链相连，在高温下酯键易发生水解，影响聚合物的稳定性。CN1156497C、CN 1262621C、CN 100386403C等发明了具有不同分子结构的疏水缔合聚合物驱油剂，这些聚合物共同的特征是在其分子主链的两侧含有一定数量的疏水分子链段，在水溶液中，疏水侧链之间的疏水-疏水相互作用形成了聚合物分子链间的物理交联，从而达到提高溶液粘度和抗剪切的目的。由于共聚单体在水中溶解性的差异，合成这些共聚物时通常需要加入一定数量的表面活性剂才能得到分子量较高的产物，聚合工艺较为复杂。另一方面，疏水缔合聚合物中疏水单体含量高则其溶解性下降；当聚合物中疏水单体含量低时其溶解性较好，但在较低的聚合物浓度下难以形成有效的疏水缔合作用，因而增稠效果不甚明显。

以上研究的主要思路可归结为通过引入新的耐温耐盐单体而合成新型耐温耐盐聚合物，属于“被动”地抗拒由于环境条件的变化而对聚合物的稳定性所造成的不利影响。在研究各种水溶性聚合物溶液性质的过程中，人们发现，有一些聚合物的水溶液粘度在一定温度范围内随着温度的升高而增加。其中最具有代表性的是聚氧乙烯和聚异丙基丙烯酰胺。例如，EP 0583814 A1和US 6689856 B2公开了一类由水溶性主链(聚丙烯酸类、离子型丙烯酰胺类聚合物等)和温敏性侧链组成的接枝共聚物，这类共聚物的水溶液粘度随温度的升高而增加。该专利说明其发明的热增稠聚合物主要应用于化妆品等个人护理产品领域，没有涉及聚合物驱油方面的应用，因而也没有相关性能的测试。CN 1312830A公开了一种具有热增稠性质的聚合物组合物，但其应用是作为纸张(板)的涂布浴。CN 101302267A公开了一种非离子热增粘水溶性聚合物并说明其可应用于油气开采的各个环节，但是该非离子热增粘水溶性聚合物并没有证明可以在高盐的矿藏水中仍有好的增粘效果。