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聚合物 驱油剂的应用。
【背景技术】
[0002] 为解决驱油用聚合物的耐温、抗盐性能差的问题，科研工作者提出了在分子中引 入功能单体并提高聚合物分子量的方法来提高聚合物水溶液的表观粘度及耐温抗盐性能， 由此研发出了疏水缔合聚合物、梳形聚合物、耐温抗盐聚合物等，但这类聚合物的不足是不 具备表面活性以及洗油能力。
[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的"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 过程中诸多环节产生严重结垢，给生产管理带来了困难。
[0004] 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 既增粘又降低界面张力的效果，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景。
[0005] 近年来的勘探数据表明，低渗透油藏已成为我国油田勘探开发的重要领域，截止 至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。在高、中、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 隙吼道半径之间关系来反映匹配关系则匹配关系可表述为：对于中低渗透率油层，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不同渗透率的渗透油 层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不同渗透率的渗 透油藏的匹配性。
[0006] 随着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， 关于同时用于高、中、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，合成一定分子量范围内的具有高表面活性的共聚物，具有重要的理论 和应用价值。
[0007] 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。
[0008] 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〇. 〇6mol/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】
[0009] 本发明的目的是为了克服目前高、中、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聚合物驱 油剂的应用。
[0010] 为了实现上述目的，本发明提供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，所述结构单元B为具有式（2)所示结构的结构单元，所述结构单元C为具 有式（3)和/或式（4)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，所述结构单元A的含量为45-89重量％,所述结构单元B的含量为10-40重量％,所述 结构单元C的含量为1-15重量％，所述具表面活性功能聚合物的粘均分子量为500万-2000 万；
[0011]
[0012]
[0013] 其中，R1和R2各自独立地为H或C1-C4的烷基，R 3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、R 7、R6'和R/各 自独立地为H或C1-C12的烷基，R8和R8'各自独立地为H或C1-C3的烷基，R 9和R9'各自 独立地为H或0H。
[0014] 本发明还提供了一种制备上述具表面活性功能聚合物的方法，该方法包括在引发 剂和作为溶剂的水的存在下，使单体D、单体E和单体F进行溶液聚合反应,其中,所述单体 D为具有式（5)所示结构的单体,所述单体E为具有式（6)所示结构的单体,所述单体F为 具有式（7)和/或式（8)所示结构的单体；
[0015]
[0016]
[0017] 其中，R1和R2各自独立地为H或C1-C4的烷基，R 3为C1-C14的亚烷基，优选为亚 甲基，R4和R5各自独立地为H或C1-C4的烷基，且R4和R 5不同时为H，M为H、Na或K，R6、 R7、R6'和R/各自独立地为H或C1-C12的烷基，优选为H或CH3, R8和R8'各自独立地为H 或C1-C3的烷基，优选为H或CH3, R9和R9'各自独立地为H或0H。
[0018] 本发明还提供了由上述方法制备的具表面活性功能聚合物。
[0019] 本发明还提供了上述具表面活性功能聚合物作为聚合物驱油剂的应用。
[0020] 本发明从分子设计的角度出发，通过引入表面活性单体F来提供聚合物的表面活 性，分子结构中活泼的碳碳双键使其具有很高的反应活性，极易与其它各种烯类单体共聚 生成不同的功能聚合物，分子结构中含有强阴离子性和亲水性官能团磺酸基，具有很好的 抗阳离子沉淀性能。本发明中所述具表面活性功能聚合物的分子量控制在一定范围内以 满足与不同渗透率油藏的匹配性，同时结合高分子的增粘性与低分子表面活性剂的表面活 性，具有流度控制和降低油/水界面张力作用等优点，在一定程度上解决了聚合物-表面活 性剂复合驱存在的色谱分离效应等问题。另外，还有效地解决了现有驱油体系耐温抗盐性 能差的问题。此外，本发明的具表面活性功能聚合物还具有良好的抗老化性能。因此该类 聚合物驱油剂适用于高、中、低渗透油藏、高温油藏、高温高盐油藏等非常规油藏，可以在三 次采油中进一步提高原油采收率。
[0021] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0022] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0023] 图1是聚合物P2溶液、聚合物P6溶液、聚合物P8