[发明专利]生产疏水缔合聚丙烯酰胺的方法

说明书

本发明涉及通过单体水溶液的绝热凝胶聚合制备至少包含丙烯酰胺或其衍生物和缔合单体的疏水缔合聚丙烯酰胺的方法，其中水溶液中单体的浓度为1‑3.3mol/kg，涉及单体水溶液的所有组分的总和，该方法产生具有改善粘度效率的疏水缔合聚丙烯酰胺，通过本发明的方法可获得的疏水缔合聚丙烯酰胺，以及该类疏水缔合聚丙烯酰胺在油田应用中的用途，特别是在提高采油率、一致性控制和水力压裂中的用途。

本发明涉及一种通过单体水溶液的绝热凝胶聚合制备至少包含丙烯酰胺或其衍生物和缔合单体的疏水缔合聚丙烯酰胺的方法，其中水溶液中单体的浓度为1-3.3mol/kg，涉及单体水溶液的所有组分的总和。该方法产生具有改善粘度效率(viscosityefficiency)的疏水缔合聚丙烯酰胺。本发明还涉及通过本发明方法可获得的疏水缔合聚丙烯酰胺和该类疏水缔合聚丙烯酰胺在油田应用中的用途，特别是在提高采油率、一致性控制(conformance control)和水力压裂中的用途。

丙烯酰胺的水溶性高分子量均聚物和共聚物的水溶液可用于各种应用，例如采矿和油田应用、水处理、污水处理、造纸和农业。实例包括其在矿物油的勘探和采出中的用途，特别是用作水性注入流体中的增稠剂以提高采油率或用作水性钻井液中的流变改性剂。其他实例包括其用作采矿活动中的尾矿和矿浆的絮凝剂。

提高采油率的技术包括所谓的“聚合物驱替”。聚合物驱替包括将增稠聚合物的水溶液通过注入井注入矿物油藏中，其中聚合物水溶液的粘度与矿物油的粘度相匹配。如在水驱替情况下那样，通过聚合物溶液的注入迫使矿物油通过所述地层中的孔穴从注入井朝向采出井的方向行进，并且通过采出井采出矿物油。由于聚合物配制剂具有与矿物油大致相同的粘度，因此聚合物配制剂无效果地突破至采出井的风险得以降低。因此，与使用流动的水时相比，矿物油的流动更加均匀，并且可使额外的矿物油在地层中流动。聚合物驱替和适于该目的的聚合物的细节例如公开于“Petroleum，Enhanced Oil Recovery，Kirk-Othmer，Encyclopedia of Chemical Technology，Online Edition，John WileySons，2010”中。

已知的方法是使用疏水缔合共聚物进行聚合物驱替。本领域技术人员应理解“疏水缔合共聚物”意指除了亲水单元(足以确保水溶性的量)以外还在侧位或端位具有疏水基团的水溶性共聚物。在水溶液中，该疏水基团可彼此缔合。由于该缔合相互作用，与仅不具有任何缔合基团的相同类型的聚合物相比，聚合物水溶液的粘度增加。疏水缔合共聚物用于三次矿物油采出的用途的细节描述于例如Taylor，K.C.和Nasr-El-Din，H.A.，J.Petr.Sci.Eng.1998，19，265-280的综述文献中。

通过额外使用缔合单体从而获得疏水缔合聚丙烯酰胺来提高聚丙烯酰胺的增稠作用在本领域中也是已知的。该类缔合单体为具有至少一个亲水基团和至少一个，优选末端疏水基团的水溶性单烯键式不饱和单体。包含缔合单体的聚丙烯酰胺的实例已描述于例如EP 705 854 B1、DE 100 37 629 A1、DE 10 2004 032 304 A1、WO 2010/133527 A2、WO2012/069477 A1、WO 2012/069478 A1、WO 2012/069438 A1、WO 2014/095621 A1、WO 2014/095621 A1、WO 2015/086468 A1或WO 2017/121669 A1。

制造包括疏水缔合聚丙烯酰胺的高分子量聚丙烯酰胺的常用聚合技术为所谓的“凝胶聚合”。在凝胶聚合中，借助合适聚合引发剂使具有相对高单体浓度(例如20重量％至45重量％)的单体水溶液在基本绝热的条件下，在非搅拌的反应器中聚合，从而形成水性聚合物凝胶。可以通过干燥凝胶使所形成的水性聚丙烯酰胺凝胶转变成粉末。为了使用，通常将聚丙烯酰胺再次溶于水或水性流体中。作为替换，可将水性聚丙烯酰胺凝胶溶于水或水性流体中，从而直接获得聚丙烯酰胺水溶液。