一種結(jié)構(gòu)導(dǎo)向型復(fù)合引發(fā)劑體系和丙烯酰胺聚合物及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)導(dǎo)向型復(fù)合引發(fā)劑體系和丙烯酰胺聚合物及其制備方法和 應(yīng)用。更具體地,本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)導(dǎo)向型復(fù)合引發(fā)劑體系、使用該結(jié)構(gòu)導(dǎo)向型復(fù)合引發(fā) 劑體系的丙烯酰胺聚合物的制備方法、由該方法制備的丙烯酰胺聚合物以及所述丙烯酰胺 聚合物的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 高分子量部分水解聚丙烯酰胺,在較低濃度下就可以實(shí)現(xiàn)分子鏈間的纏繞狀態(tài), 增黏效果顯著,因此是油田三次采油中廣泛使用的一類驅(qū)油用聚合物。但此類聚合物水溶 液作為驅(qū)油劑的使用效果,受油藏資源環(huán)境的影響非常大。對于低溫、低鹽的一類和二類油 藏,高分子量的聚丙烯酰胺在實(shí)際油藏驅(qū)油過程中,化學(xué)穩(wěn)定性較好,黏度保留率高,可以 持續(xù)地降低水油流度比,提高波及體積,減少波及油藏的含油飽和度,從而提高采收率。但 在高溫條件下,聚丙烯酰胺分子的水解和降解嚴(yán)重;在高鹽條件下,聚丙烯酰胺容易沉淀析 出,溶液保留黏度很低,最終導(dǎo)致驅(qū)油效果差,沒有明顯經(jīng)濟(jì)效益。
[0003] 為了提高聚丙烯酰胺的耐溫抗鹽性能,國內(nèi)外進(jìn)行了大量攻關(guān)研究,主要圍繞聚 合物的鏈尺度、鏈尺度分布、構(gòu)筑單元組成、微觀序列結(jié)構(gòu)開展大量研究相關(guān)工作,如耐溫 抗鹽單體聚合物、疏水締合聚合物、兩性聚合物、復(fù)合型聚合物、梳形聚合物、模板聚合物 等。這些類型聚合物各具其特點(diǎn),在某些性能指標(biāo)上較傳統(tǒng)的聚丙烯酰胺有所提高。聚合 物粘彈性驅(qū)油機(jī)理認(rèn)為,聚合物溶液之所以能夠大幅提高原油采收率,主要是靠粘度提高 波及效率和靠彈性提高驅(qū)油效率。
[0004] 從分子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)角度,長鏈支化結(jié)構(gòu)的引發(fā)不僅可以提高抗聚合物自身抗機(jī)械 剪切能力,同時(shí)還可以增加分子鏈間鏈纏結(jié)能力,提高分子運(yùn)動的松弛時(shí)間,進(jìn)而提高溶 液粘彈性,有利于提高驅(qū)油效率。但從聚合物分子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)入手的相關(guān)研究工作較少, CN102675535A公開一種支化聚丙烯酰胺及其制備方法。該支化聚丙烯酰胺通過在二甲亞砜 溶劑中,二乙烯三胺和丙烯酸甲酯發(fā)生加成反應(yīng),然后加入過量乙二胺,加熱反應(yīng)后除去二 甲亞砜和多余的乙二胺,再加入馬來酸酐,生成支化功能單體;該支化功能單體與丙烯酰胺 單體發(fā)生聚合反應(yīng),從而制備支化聚丙烯酰胺。CN102321221A公開了一種聚乙烯亞胺為核 的星型聚丙烯酰胺類聚合物的制備方法。該方法采用水溶液光聚合方式,利用硫雜蒽酮改 性聚乙烯亞胺引發(fā)丙烯酰胺等單體共聚合成星型聚丙烯酰胺。上述兩種方法得到的聚合物 抗機(jī)械剪切性能有所增強(qiáng),但工藝操作相對繁瑣,且利用上述兩種方法進(jìn)行丙烯酰胺的聚 合很難獲得具有更高分子量的丙烯酰胺聚合物,更重要的是,使用現(xiàn)有的引發(fā)劑體系進(jìn)行 丙烯酰胺的聚合不能獲得具有較高的抗剪切性能和較高的抗老化性能以及在高溫下且高 礦化度的水中仍然具有高的表觀粘度的丙烯酰胺聚合物。
[0005] 因此,獲得更高分子量、更高的抗剪切性能、更高的抗老化性能并在高溫下且高礦 化度的水中仍然具有高的表觀粘度的丙烯酰胺聚合物是一個亟待解決的技術(shù)問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的在于克服使用現(xiàn)有的引發(fā)體系進(jìn)行丙烯酰胺的聚合很難獲得具有 更高的分子量、更高的抗剪切性能、更高的抗老化性能以及在高溫下且高礦化度的水中仍 然具有高的表觀粘度的丙烯酰胺聚合物的不足,提供一種結(jié)構(gòu)導(dǎo)向型復(fù)合引發(fā)劑體系和丙 烯酰胺聚合物及其制備方法以及所述丙烯酰胺聚合物在聚合物驅(qū)油劑中的應(yīng)用。本發(fā)明提 供的丙烯酰胺聚合物具有更高的分子量、更高的抗剪切性能、更高的抗老化性能、水溶性 好的特點(diǎn),并且該丙烯酰胺聚合物在高溫下、高礦化度的水中具有高的表觀粘度。
[0007] 本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)導(dǎo)向型復(fù)合引發(fā)劑體系,該結(jié)構(gòu)導(dǎo)向型復(fù)合引發(fā)劑體系含有 氧化還原系引發(fā)劑,所述氧化還原系引發(fā)劑包括氧化劑和還原劑,其中,所述結(jié)構(gòu)導(dǎo)向型復(fù) 合引發(fā)劑體系還含有引發(fā)型單體B,所述引發(fā)型單體B為式(1)所示結(jié)構(gòu)的化合物,
[0008]
[0009] 其中,&和R2各自獨(dú)立地為H、C1-C5的烷基或者-R7NH 2基團(tuán),R7為C1-C5的亞烷 基;R6為C1-C5的亞烷基、C3-C6的亞環(huán)烷基或者C6-C10的亞芳基;R 3、R4和R5各自獨(dú)立地 為Η或C1-C5的烷氧基,且R3、R 4和R5中至少兩個基團(tuán)為C1-C5的烷氧基。
[0010] 本發(fā)明的發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn),采用含有式(1)所示結(jié)構(gòu)的胺基硅烷的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向 型復(fù)合引發(fā)劑體系進(jìn)行丙烯酰胺的聚合,使得制備的丙烯酰胺聚合物具有更高的分子量、 更高的抗剪切性能、更高的抗老化性能和水溶性好的特點(diǎn),并且該丙烯酰胺聚合物在高溫 下、高礦化度的水中具有高的表觀粘度,可作為高溫高鹽油藏三次采油驅(qū)油劑。這可能是 因?yàn)椋涸谒鍪剑?)所示結(jié)構(gòu)的胺基硅烷中,一方面具有還原性的胺類基團(tuán)易被氧化成活 性自由基,引發(fā)單體聚合,另一方面生成端基帶烷氧基硅[一 Si (0R)3]基團(tuán)的線型大分子, 線形大分子末端的端基烷氧基硅[一 Si (0R)3]基團(tuán)在適宜的條件下易水解生成硅醇[一 Si (0H)3],硅醇通過縮合作用生成有機(jī)倍半硅氧烷結(jié)構(gòu),這樣兩個甚至多個線型大分子通 過有機(jī)倍半硅氧烷結(jié)構(gòu)聯(lián)接到一起,生成更高分子量的線型聚合物、支化聚合物和星型聚 合物,從而形成聚合物的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),這樣的材料具備了有機(jī)材料的粘彈性、韌性和無機(jī)材料 的剛性和穩(wěn)定性(江明等,大分子組裝,第8章,科學(xué)出版社,北京,2006 :212-238)。
[0011] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種丙烯酰胺聚合物的制備方法,該方法包括在引發(fā) 劑和無機(jī)堿性物質(zhì)的存在下,將丙烯酰胺和耐溫抗鹽單體在水中進(jìn)行聚合,其中,所述引發(fā) 劑含有本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向型復(fù)合引發(fā)劑體系。
[0012] 本發(fā)明還提供了 一種由上述方法制備的丙烯酰胺聚合物。
[0013] 本發(fā)明還進(jìn)一步提供了上述丙烯酰胺聚合物在聚合物驅(qū)油劑中的應(yīng)用。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的丙烯酰胺聚合物具有更高的分子量、更高的抗剪切性能、更高的抗 老化性能、水溶性好的特點(diǎn),并且該丙烯酰胺聚合物在高溫下、高礦化度的水中具有高的表 觀粘度,可作為高溫高鹽油藏三次采油驅(qū)油劑。
[0015] 本發(fā)明提供的丙烯酰胺聚合物的制備方法步驟簡單,制得的丙烯酰胺聚合物具有 殘余單體含量低、更高的分子量、更高的抗剪切性能、更高的抗老化性能、水溶性好、并且在 高溫下、高礦化度的水中具有高的表觀粘度的特點(diǎn)。
[0016] 具體地,以實(shí)施例1為例,采用本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向型復(fù)合引發(fā)劑體系的丙烯 酰胺聚合物的制備方法制得的丙烯酰胺聚合物在濃度為1500mg/L且礦化度為32000mg/L 的水中在95°C的表觀粘度能夠達(dá)到27mPa · s,將上述溶液在95°C的基本無氧的環(huán)境中進(jìn) 行3個月的老化試驗(yàn),老化粘度保留率為94. 1 %,該丙烯酰胺聚合物根據(jù)勝利油田企業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)Q/SH 10201572-2006測試的剪切粘度保留率為99. 8%,而市售的高分子量的聚丙烯酰 胺在濃度為1500mg/L且礦化度為32000mg/L的水中在95°C的表觀粘度僅為8. 9mPa *s,同 樣條件下,粘度保留率僅為65. 2%,根據(jù)勝利油田企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SH 1020 1572-2006測試的 剪切粘度保留率為90.0%。
[0017] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 以下對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是,此處所描述的具體 實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明,并不用于限制本發(fā)明。
[0019] 本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)導(dǎo)向型復(fù)合引發(fā)劑體系,該結(jié)構(gòu)導(dǎo)向型復(fù)合引發(fā)劑體系含有 氧化還原系引發(fā)劑,所述氧化還原系引發(fā)劑包括氧化劑和還原劑,其中,所述結(jié)構(gòu)導(dǎo)向型復(fù) 合引發(fā)劑體系還含有引發(fā)型單體B,所述引發(fā)型單體B為式(1)所示結(jié)構(gòu)的化合物,
[0020]
[0021] 其中,&和R2各自獨(dú)立地為H、C1-C5的烷基或者-R7NH 2基團(tuán),R7為C1-C5的亞烷 基,優(yōu)選情況下,&和R2各自獨(dú)立地為H、甲基或者-R 7NH2基團(tuán),R7為亞甲基或亞乙基,進(jìn)一 步優(yōu)選為亞甲基或-CH 2CH2- ;R6為C1-C5的亞烷基、C3-C6的亞環(huán)烷基或者C6-C10的亞芳 基,優(yōu)選情況下,R6為C1-C3的亞烷基;R 3、R4和R5各自獨(dú)立地為Η和C1-C5的烷氧基,且 R3、R4和R5中至少兩個基團(tuán)為C1-C5的烷氧基,優(yōu)選情況下,R 3、R4和R5各自獨(dú)立地為Η或 C1-C2的烷氧基,且R3、R4和R5中至少兩個基團(tuán)為C1-C2的烷氧基。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向型復(fù)合引發(fā)劑體系含有式(1)所示結(jié)構(gòu)的化合物的引發(fā) 型單體