[发明专利]一种CO2/N2开关型变粘水溶性聚合物及合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CO₂/N₂开关型变粘水溶性聚合物及合成方法，具体涉及一种可应用于石化行业的CO₂/N₂开关型变粘水溶性聚合物及合成方法。

背景技术

刺激响应性是指由于外界环境的物理条件(如温度和电磁场)或化学条件(如pH和离子强度)的变化而引起体系宏观性质(如体积和渗透性)的较大改变，也被称为智能或者环境敏感性。CO₂/N₂刺激响应型聚合物是新近发展起来的一类智能型聚合物，在通入和排出CO₂后，聚合物性质能够发生可逆性变化。由于调控过程中仅仅涉及CO₂以及一些惰性气体而不引入其它杂质，因此具有多方面的潜在应用价值。

CO₂/N₂刺激响应型物质的前期研究主要针对小分子物质，Jessop等开发了一系列CO₂刺激响应型的小分子化合物，包括溶质、溶剂及表面活性剂。随着一些改进方法的相继报道，CO₂/N₂开关型聚合物也有相关研究，包括开关聚合物表面活性剂、CO₂/N₂调控温敏物质等。合成CO₂/N₂刺激响应型聚合物，目前为止主要通过引入具有CO₂/N₂调控刺激响应特性功能单体与其它单体共聚或对大分子物质侧链接枝改性合成特性官能团等方式来实现。具有CO₂/N₂刺激响应功能特性官能团通过与CO₂/N₂交替反应，特性基团由质子态到非质子态形成交替转变，从而改变聚合物整体性质。CO₂/N₂刺激响应型聚合物特性官能团目前主要有三类：伯胺/CO₂体系、脒/CO₂体系和特定聚合物链/CO₂体系。①伯胺/CO₂体系，伯胺能够与一分子CO₂结合生成氨基甲酸酯盐负离子，进而与另一分子质子化的伯胺基团通过电荷相互作用连接，实现了两分子伯胺通过一个盐桥连接，其化学本质是一种酸碱平衡。当在体系中加入N₂使得CO₂气体从体系中释放出来后，体系可逆地回复到初始的状态，这样的机理通常被认为是动态的共价键的自组装。②脒/CO₂体系，利用脒类化合物和醇的等比混合液，通过CO₂气体的调控，得到了一种极性可以通过CO₂气体调控的溶剂。脒类化合物除了在醇的环境下能够与CO₂发生离子化作用，在水溶液中同样有这样的转变过程，并且在水溶液中具有更好的应用潜力。无论是水或者醇溶液，当向体系中通入CO₂前后，含脒类化合物的溶液由非离子液体经放热反应，生成离子液体。在一定条件下，当通入N₂将体系中CO₂置换出去，溶液又会发生可逆的转变恢复初始的性质。③特定聚合物链/CO₂体系，聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯(PDMAEMA)类聚合物链在水溶液中能够与CO₂/N₂反应，并且随着通入CO₂到溶液中，聚合物的最低临界共溶温度能够可逆的变化。CO₂刺激响应聚合物的发展，从伯胺到脒再到聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯类聚合物，更加高效的刺激响应的接受基团正在不断被发现。

CO₂/N₂开关型变粘聚合物水溶液通过CO₂/N₂的简单交替刺激调控，可以实现溶液粘度的周期性变化，因此在使用上具有一定的优越性。如在油田酸化作业时，酸化后地层中产生的CO₂能使聚合物粘度降低，利于反排；当向反排聚合物溶液中通入N₂或空气后，聚合物粘度上升从而可以重复利用。

发明内容

本发明的目的是：为了实现油田酸化压裂过程中，聚合物溶液在酸化结束后易于反排并且达到可以回收重复利用的目的，特提出一种CO₂/N₂开关型变粘水溶性聚合物及合成方法。