一种具表面活性功能聚合物及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具表面活性功能聚合物，该具表面活性功能聚合物的制备方法， 由该方法制备得到的具表面活性功能聚合物，以及所述具表面活性功能聚合物作为驱油剂 的应用。
【背景技术】
[0002] 截止2008年底，全国累计探明石油地质储量287亿吨，其中，低渗透石油地质储量 为141亿吨，占49. 2%。随着勘探程度的提高和对石油资源需求的不断增长，无论从剩余石 油资源，还是开发趋势分析，低渗透油藏将是我国未来油田勘探开发的主要对象。
[0003] 在三次采油技术中，三元化学复合驱油技术能够实现油水超低界面张力，同时能 够保持注入流体粘度，大幅度提高采收率。但是，不同组份化学剂的混合物在油藏多孔介质 中的吸附、扩散和运移等性能特征差异较大，导致在油藏孔隙中驱油时出现色谱分离效应。 同时表面活性剂在驱替过程中损耗量增大，采收率和经济效益降低。另外，使用强碱助剂 时，采出过程中诸多环节会产生严重结垢，给生产管理带来了困难。要保证驱油体系在高矿 化度和较高温度条件下同时具有足够高的黏度和超低界面张力，必须冲破以往利用聚合物 /表面活性剂复配体系的框框。结合高分子的增粘能力与低分子表面活性剂的表面活性， 在高分子链上引入具有优良表面活性的功能基团，达到既提高增粘能力又降低界面张力的 效果，使得一种材料同时起到聚合物和表面活性剂两种材料的作用，因此此类具有表面活 性的高分子驱油剂将在一定程度上解决聚合物-表面活性剂复合驱存在的色谱分离效应 问题，同时由于具有表面活性功能聚合物的增粘性能，它也具有稳定泡沫的作用，在泡沫驱 油和多元泡沫复合驱中可充当稳泡剂，这些优越性能使其在三次采油中具有广阔的应用前 旦 〇
[0004] 在低渗透油藏进行聚合物驱矿场设计时，必须事先研究聚合物相对分子质量与油 层渗透率的匹配关系。在聚驱区块相对分子质量优选时，一方面要考虑选择尽可能高的聚 合物相对分子质量，从而获得更好的聚合物驱油性能，另一方面要考虑聚合物分子与不同 渗透率油层的匹配关系，尽可能增加聚合物溶液可进入的油层孔隙空间，提高聚驱控制程 度，从而获得更好的聚驱效果。科研工作者通过室内流动实验研究得到低渗透油层可以开 展聚合物驱，聚合物相对分子质量与油层渗透率之间的匹配性存在一定的关系，如果用聚 合物分子回旋半径与孔隙喉道半径之间关系来反映匹配关系，则匹配关系可表述为：对于 低渗透率油层，当孔隙喉道半径与聚合物分子回旋半径之比大于5倍时，注入低相对分子 质量聚合物不会发生堵塞；小于5倍时会出现堵塞，得到了与主力油层相近的结果。如果用 渗透率平方根与聚合物分子回旋半径之比对实验结果进行表述，则可表述为渗透率平方根 与聚合物分子回旋半径之比大于1. 5时不会堵塞油层。因此，考虑到聚合物相对分子质量 与低渗透油层渗透率之间的匹配存在一定的关系，应合成一定分子量范围的聚合物来满足 与低渗透油藏的匹配性。
[0005] 人们对具表面活性功能聚合物的研究不断深入，开发新的品种和新的合成方法 也是当前研究的热点。但由于对结构和性能的关系认识不够，涉及物理化学性质的大分 子水溶液体系又非常复杂，到目前为止具表面活性功能聚合物这一领域的研究进展缓慢， 用于低渗透油藏用的具表面活性功能聚合物的研究几乎没有。因此研究其结构与性能 的关系，合成具有一定分子量范围的高表面活性的聚合物，具有重要的理论和应用价值。 US4138381、US4463151和EP426864中分别采用烷基或烷基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯表面活 性单体与丙烯酰胺类单体共聚，主要是利用表面活性单体的疏水基团在水中的缔合作用， 从而使共聚物的粘度大幅度提高，含有表面活性单体组分的共聚物具有更好的耐盐性，但 两亲性大单体组分在二元共聚物中难以向界面聚集，因此，所合成的共聚物表面活性不好。 CN1178802A中将丙烯酰胺类单体、表面活性大单体及离子型单体共聚得到三元共聚物，该 共聚物粘度较高但表面活性较差。西南石油学院的孙力立等人采用均相聚合法，合成了一 种新型高分子表面活性剂PS1，该高分子表面活性剂为丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯 三元共聚物，该高分子表面活性剂降低表面张力的能力不及低分子表面活性剂，其与无机 盐复配，由于协同效应，会产生出优于单一表面活性剂的复配性能，使表面张力降得更低， 但该高分子表面活性剂的耐温抗盐性能较差。中科院成都有机化学研究所的金勇等人以 甲苯二异氰酸酯和聚醚为主要原料，合成了一类带有双键的可聚合非离子型聚氨酯高分子 表面活性剂，该高分子表面活性剂在浓度为0. 06mol/L时可使溶液表面张力降至37. 6mN/m (25°C )，同时在很低浓度下依然能够保持良好的表面活性，另外，该可聚合非离子型聚氨酯 高分子表面活性剂降低表面张力的能力随着疏水链段所占比例的增加而增加，但该可聚合 非离子型聚氨酯高分子表面活性剂的聚合活性较差，同时耐温性能差。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了克服目前低渗透油藏用聚合物不能兼具良好的表面活性、增 稠水介质能力和耐温抗盐能力的缺点，提供一种兼具良好的表面活性、增稠水介质能力和 耐温抗盐能力的具表面活性功能聚合物，该具表面活性功能聚合物的制备方法，由该方法 制备得到的具表面活性功能聚合物，以及所述具表面活性功能聚合物作为驱油剂的应用。
[0007] 为此，本发明提供了一种具表面活性功能聚合物，该具表面活性功能聚合物含有 结构单元A、结构单元B和结构单元C，其中，所述结构单元A为具有式（1)所示结构的结构 单元，结构单元B为具有式（2)所示结构的结构单元，结构单元C为具有式（3)所示结构的 结构单元；
[0008] 其中，以所述具表面活性功能聚合物的重量为基准，结构单元A的含量为60-75重 量％，结构单元B的含量为10-35重量％，结构单元C的含量为5-15重量％，具表面活性功能 聚合物的粘均分子量为500万-1200万；
[0009]
【主权项】
1. 一种具表面活性功能聚合物，该具表面活性功能聚合物含有结构单元A、结构单元B 和结构单元C，其中，所述结构单元A为具有式（1)所示结构的结构单元，结构单元B为具有 式（2)所示结构的结构单元，结构单元C为具有式（3)所示结构的结构单元； 其中，以所述具表面活性功能聚合物的重量为基准，结构单元A的含量为60-75重量％， 结构单元B的含量为10-35重量％，结构单元C的含量为5-15重量％，具表面活性功能聚合 物的粘均分子量为500万-1200万；
其中，&、R2各自独立地为H或C1-C4的烷基，R3为C1-C14的亚烷基，R4和R5各自独 立地为H或C1-C4的烷基，且R4和R5不同时为H，M为H、Na或K，R6、R7各自独立地为H或 C1-C12的烷基，R8选自H、C1-C12的烷基或C1-C12的烷基芳基，n选自3-10的整数。
2. 根据权利要求1所述的具表面活性功能聚合物，其中，以所述具表面活性功能聚合 物的重量为基准，结构单元A的含量为60-75重量％，结构单元B的含量为15-30重量％，结 构单元C的含量为5-10重量％，具表面活性功能聚合物的粘均分子量为550万-910万。
3. 根据权利要求1或2所述的具表面活性功能聚合物，其中，所述具表面活性功能聚合 物的特性粘数n为1100-2200mL/g，溶液浓度为1500mg/L时，所述具表面活性功能聚合物 的表面张力为34-38mN/m。
4. 根据权利要求1-3中任意一项所述的具表面活性功能聚合物，其中，所述具表面活 性功能聚合物的特性粘数n为1200-1750mL/g，溶液浓度为1500mg/L时，所述具表面活性 功能聚合物的表面张力为34-37. 5mN/m。
5. 根据权利要求1-4中任意一项所述的具表面活性功能聚合物，其中，R6、R7各自为H 或CH3,R8为H、C6-C12的烷基或C6-C9的烷基芳基，n选自3-10的整数。
6. -种制备具表面活性功能聚合物的方法，该方法包括在溶液聚合反应条件下，在引 发剂和溶剂的存在下，使一种单体混合物在水中进行聚合反应，其特征在于，所述单体混合 物含有单体D、单体E和单体F;所述单体D为具有式（4)所示结构的单体，单体E为具有式 (5)所示结构的单体，单体F为具有式（6)所示结构的单体；且以所述单体混合物的总量为 基准，单体D的含量为60-75重量％，单体E的含量为10-35重量％，单体F的含量为5-15 重量％ ;所述聚合反应的条件使得聚合反应后所得聚合物的粘均分子量为500万-1200万；
其中，&、R2各自独立地为氢或C1-C4的烷基，R3为C1-C14的亚烷基；R4和R5各自独 立地为氢或C1-C4的烷基，且R4和R5不同时为氢，M为H、Na或K，R6、R7各自独立地为H或 C1-C12的烷基，R8为H、C1-C12的烷基或C1-C12的烷基芳基，n选自3-10的整数。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，R6、R7各自为H或CH3,R8为H、C6-C12的烷基或 C6-C9的烷基芳基，n选自3-10的整数。
8. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述聚合反应在惰性气体存在下进行，所述溶 液聚合反应条件包括：聚合温度为0_30°C，优选为0-15°C;聚合时间为8-20小时，优选为 10-15小时。
9. 根据权利要求6或8所述的方法，其中，所述聚合反应在pH值为7-9,优选为7. 5-8. 5 的条件下进行。
10. 根据权利要求6所述的方法，其中，以溶剂和单体混合物的总含量为基准，所述单 体混合物的含量为15-35重量％，优选为20-30重量％ ;以所述单体混合物的含量为基准，所 述引发剂的用量为〇. 01-0. 1重量％。
11. 根据权利要求6或10所述的方法，其中，所述引发剂选自自由基聚合引发剂中的任 意两种；所述自由基聚合引发剂包括偶氮类引发剂、过氧化物类引发剂和氧化还原类引发 剂。
12. 由权利要求6-11中任意一项所述的方法制备的具表面活性功能聚合物。
13. 权利要求1-5或权利要求12所述的具表面活性功能聚合物作为驱油剂的应用。
【专利摘要】本发明提供了一种具表面活性功能聚合物及其制备方法和应用，该具表面活性功能聚合物含有结构单元A、结构单元B和结构单元C，其中，所述结构单元A为具有式（1）所示结构的结构单元，结构单元B为具有式（2）所示结构的结构单元，结构单元C为具有式（3）所示结构的结构单元；以所述聚合物的重量为基准，其中，结构单元A的含量为60-75重量%，结构单元B的含量为10-35重量%，结构单元C的含量为5-15重量%，聚合物的粘均分子量为500万-1200万；本发明的具表面活性功能聚合物具有良好的耐温抗盐能力和增稠水介质能力，此类聚合物驱油剂适用于低渗透油藏以及高温高盐油藏，可在三次采油中进一步提高原油采收率。
【IPC分类】C08F2-10, C08F220-56, C08F220-58, C09K8-588, C08F283-06, C08F220-28
【公开号】CN104693374
【申请号】CN201310661122
【发明人】王晓春, 吴江勇, 杨捷
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司北京化工研究院
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月9日