[发明专利]一种超支化聚合物驱油剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种超支化聚合物驱油剂及其制备方法。

背景技术

由于水溶性聚丙烯酰胺能大幅度增加水相粘度和降低水相渗透率，从而改善水油流度比、提高波及系数，达到降水增油的目的，目前已广泛应用于包括聚合物驱、聚表二元复合物、聚表碱三元复合驱和调剖堵水在内的各种提高采收率方法中。

然而，随着聚丙烯酰胺在采油实践中的应用，其在配注、井筒、近井地带以及地层运移过程中降解严重的问题逐渐暴露出来，造成聚合物降解的主要原因包括机械降解、热降解、微生物降解和化学降解等，而其中最主要的为机械降解。聚合物溶液经机械泵高速剪切后，其粘度下降可高达70％以上。对聚合物进行分子改性是克服这一缺陷的重要途径。冯玉军等(石油学报(石油加工)，2001，17(6)：39-43)报道了在聚合物结构中引入疏水单体，通过疏水缔合作用在溶液中形成动态三维弱交联网络，在剪切力消失后，这种弱交联结构可迅速恢复，剪切粘度保留率达50％以上。通过聚丙烯酰胺分子改性研究，丰富了共聚单体的种类，提高了产物的性能，但由于大多改性产品仍为直线型分子，其抗剪切能力的改善并不明显。

超支化大分子的概念在20世纪50年代被提出，并逐渐成为聚合物化学中一个重要的分支，被称为第四代高分子材料。超支化大分子具有高度支化的三维球状结构及众多端基从而表现出与线型分子截然不同的性质，如无链缠结、溶解迅速、合成方法简单和成本低，并且其表面富集大量活性端基，通过端基改性可获得所需性能。超支化聚合物有几十个官能团，可以引入几十条聚丙烯酰胺的臂，因此其分子量可以是普通线性聚丙烯酰胺的几十倍。而聚丙烯酰胺的分子量越大，达到所需黏度浓度越低，驱油成本将大幅降低。

鉴于以上分析，制备超支化的聚丙烯酰胺是未来聚合物驱油剂的重要发展方向之一。专利CN103130967公开了以末端修饰烯键的胺类超支化聚合物为母核与丙烯酰胺、丙烯酸钠、疏水单体二甲基烯丙基-N-烷基氯化铵等共聚制备超支化聚合物，然其制备过程中使用二甲亚砜有机溶剂，过程较为复杂。专利CN102492092公开了利用可逆加成-断裂链转移(RAFT)的反相乳液聚合制备了超支化离子型酰胺类聚合物，反应条件控制苛刻，成本较高，且是阳离子型的聚合物不适合用作驱油药剂，被用作絮凝药剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种超支化聚合物驱油剂及其制备方法。

本发明所提供的超支化聚合物驱油剂由球形母核以及依次连接的聚丙烯酰胺链段、聚丙烯酸钠链段及聚两性多爪型疏水功能链段组成，其中，所述聚丙烯酰胺链段的一端连接到所述球形母核上，另一端与所述聚丙烯酸钠链段相连。

所述超支化聚合物驱油剂的结构示意图如图1所示。

所述球形母核为聚缩水甘油醚(HPG)，其分子式为(C₃H₈O₃)_m，其中m为7～12之间的整数。

所述聚缩水甘油醚HPG是按照包括下述步骤的方法制备得到的：利用1，1，1-三羟甲基丙烷(TMP)与甲醇钾组成的共引发体系引发缩水甘油进行开环聚合，得到不同分子量的超支化聚缩水甘油醚(HPG)。

其中，1，1，1-三羟甲基丙烷与甲醇钾、缩水甘油的质量比依次为1：0.11-0.13：130-160；

所述开环聚合的温度为90-100℃，时间为10小时-15小时。

所述聚丙烯酰胺链段由丙烯酰胺单体聚合而成。

所述聚丙烯酸钠链段由丙烯酸钠单体聚合而成。

所述聚两性多爪型疏水功能链段由两性多爪型疏水功能单体聚合而成。

所述两性多爪型疏水功能单体为丙烯酸甜菜碱单体或丙烯酸溴代季铵盐单体，其中，所述丙烯酸甜菜碱单体结构式为：

所述丙烯酸溴代季铵盐单体的结构式为：

所述超支化聚合物驱油剂的粘均分子量为350万～1000万。

所述超支化聚合物驱油剂中，所述球形母核与聚丙烯酰胺链段、聚丙烯酸钠链段及聚两性多爪型疏水功能链段的质量比依次为1：250-350：60-85：6-14。

本发明所提供的超支化聚合物驱油剂是按照包括下述步骤的方法制备得到的：

(1)在惰性气氛下，将球形母核HPG与氧化还原引发剂进行反应，得到反应液1；

(2)向所述反应液1中依次缓慢加入丙烯酰胺单体、丙烯酸钠单体、两性多爪型疏水功能单体对球形母核HPG进行接枝反应，得到含超支化聚合物驱油剂的反应液2。