一種具表面活性功能聚合物及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種具表面活性功能聚合物，該具表面活性功能聚合物的制備方法， 由該方法制備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為聚合物 驅油劑的應用。
【背景技術】
[0002] 為解決驅油用聚合物的耐溫、抗鹽性能差的問題，科研工作者提出了在分子中引 入功能單體并提高聚合物分子量的方法來提高聚合物水溶液的表觀粘度及耐溫抗鹽性能， 由此研發出了疏水締合聚合物、梳形聚合物、耐溫抗鹽聚合物等，但這類聚合物的不足是不 具備表面活性以及洗油能力。
[0003] 在三次采油技術中，三元化學復合驅油技術能夠實現油水超低界面張力，同時保 持注入流體粘度，大幅度提高采收率。但是，不同組份化學劑的混合物在油藏多孔介質中的 吸附、擴散和運移等性能特征差異較大，導致在油藏孔隙中驅油時的"色譜分離效應"。同時 表面活性劑在驅替過程中損耗量增大，采收率和經濟效益降低。另外使用強堿助劑時，采出 過程中諸多環節產生嚴重結垢，給生產管理帶來了困難。
[0004] 要保證驅油體系在高礦化度和較高溫度條件下同時具有足夠高的黏度和超低界 面張力，必須沖破以往利用聚合物/表面活性劑復配體系的框框。結合高分子的增粘能力 與低分子表面活性劑的表面活性，在高分子鏈上引入具有優良表面活性的功能基團，達到 既增粘又降低界面張力的效果，一種材料同時起到聚合物和表面活性劑兩種材料的作用， 因此此類具有表面活性的高分子驅油劑將一定程度上解決聚合物-表面活性劑復合驅存 在的色譜分離效應問題，同時由于具有表面活性功能聚合物的增粘性能，它也具有穩定泡 沫的作用，在泡沫驅油和多元泡沫復合驅中可充當穩泡劑，這些優越性能使其在三次采油 中具有廣闊的應用前景。
[0005] 近年來的勘探數據表明，低滲透油藏已成為我國油田勘探開發的重要領域，截止 至2008年底，全國累計探明石油地質儲量287億噸，其中低滲透石油地質儲量為141億 噸，占49. 2%。隨著勘探程度的提高和對石油資源需求的不斷增長，無論從剩余石油資源， 還是開發趨勢分析，低滲透油藏將是我國未來油田勘探開發的主要對象。在高、中、低滲透 油藏進行聚合物驅礦場設計時，必須事先研究聚合物相對分子質量與油層滲透率的匹配關 系。在聚驅區塊相對分子質量優選時，一方面要考慮選擇盡可能高的聚合物相對分子質量， 從而獲得更好的聚合物驅油性能，另一方面要考慮聚合物分子與不同滲透率油層的匹配關 系，盡可能增加聚合物溶液可進入的油層孔隙空間，提高聚驅控制程度，從而獲得更好的聚 驅效果。科研工作者通過室內流動實驗研究得到低滲透油層可以開展聚合物驅，聚合物相 對分子質量與油層滲透率之間的匹配性存在一定的關系，如果用聚合物分子回旋半徑與孔 隙吼道半徑之間關系來反映匹配關系則匹配關系可表述為：對于中低滲透率油層，當孔隙 喉道半徑與聚合物分子回旋半徑之比大于5倍時，注入低相對分子質量聚合物不會發生堵 塞，小于5倍時會出現堵塞，得到了與主力油層相近的結果。如果用滲透率平方根與聚合物 分子回旋半徑之比對實驗結果進行表述則可表述為滲透率平方根與聚合物分子回旋半徑 之比大于1. 5時不會堵塞油層。因此，考慮到聚合物相對分子質量與不同滲透率的滲透油 層之間的匹配存在一定的關系，應合成一定分子量范圍的聚合物來滿足與不同滲透率的滲 透油藏的匹配性。
[0006] 隨著人們對具表面活性功能聚合物的研究不斷深入，開發新的品種和新的合成方 法也是當前研究的熱點。但由于對結構和性能的關系認識不夠，涉及物理化學性質的大分 子水溶液體系又非常復雜，到目前為止具表面活性功能聚合物這一領域的研究進展緩慢， 關于同時用于高、中、低滲透油藏用的具表面活性功能聚合物的研究幾乎沒有。因此研究其 結構與性能的關系，合成一定分子量范圍內的具有高表面活性的共聚物，具有重要的理論 和應用價值。
[0007] US4138381、US4463151和EP426864中分別采用烷基或烷基酚聚氧乙烯醚丙烯酸 酯表面活性單體與丙烯酰胺類單體共聚，主要是利用表面活性單體的疏水基團在水中的締 合作用，從而使共聚物的粘度大幅度提高，含有表面活性單體組分的共聚物具有更好的耐 鹽性，但兩親性大單體組分在二元共聚物中難以向界面聚集，因此，所合成的共聚物表面活 性不好。
[0008] CN1178802A中，將丙烯酰胺類單體、表面活性大單體及離子型單體共聚得到三元 共聚物，該共聚物粘度較高但表面活性較差。西南石油學院的孫力立等人采用均相聚合 法，合成了一種新型高分子表面活性劑（PS1)，該高分子表面活性劑為丙烯酰胺、丙烯酸、甲 基丙烯酸甲酯三元共聚物，該高分子表面活性劑降低表面張力的能力不及低分子表面活性 劑，其與無機鹽復配，由于協同效應，會產生出優于單一表面活性劑的復配性能，使表面張 力降得更低，但該高分子表面活性劑的耐溫抗鹽性能較差。中科院成都有機化學研究所的 金勇等人以甲苯二異氰酸酯和聚醚為主要原料，合成了一類帶有雙鍵的可聚合非離子型聚 氨酯高分子表面活性劑，該高分子表面活性劑在濃度為〇. 〇6mol/L時可使溶液表面張力降 至37. 6mN/m(25°C )，同時在很低濃度下依然能夠保持良好的表面活性，另外，該可聚合非離 子型聚氨酯高分子表面活性劑降低表面張力的能力隨著疏水鏈段所占比例的增加而增加， 但該可聚合非離子型聚氨酯高分子表面活性劑的聚合活性較差，同時耐溫性能差。
【發明內容】
[0009] 本發明的目的是為了克服目前高、中、低滲透油藏用聚合物不能兼具良好的表面 活性、增稠水介質能力和耐溫抗鹽能力的缺點，提供一種兼具良好的表面活性、增稠水介質 能力和耐溫抗鹽能力的具表面活性功能聚合物，該具表面活性功能聚合物的制備方法，由 該方法制備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為聚合物驅 油劑的應用。
[0010] 為了實現上述目的，本發明提供一種具表面活性功能聚合物，該具表面活性功能 聚合物含有結構單元A、結構單元B和結構單元C，其中，所述結構單元A為具有式（1)所示 結構的結構單元，所述結構單元B為具有式（2)所示結構的結構單元，所述結構單元C為具 有式（3)和/或式（4)所示結構的結構單元；其中，以所述具表面活性功能聚合物的重量為 基準，所述結構單元A的含量為45-89重量％,所述結構單元B的含量為10-40重量％,所述 結構單元C的含量為1-15重量％，所述具表面活性功能聚合物的粘均分子量為500萬-2000 萬；
[0011]
[0012]
[0013] 其中，R1和R2各自獨立地為H或C1-C4的烷基，R 3為C1-C14的亞烷基，R4和R5各 自獨立地為H或C1-C4的烷基，且R4和R5不同時為H，M為H、Na或K，R6、R 7、R6'和R/各 自獨立地為H或C1-C12的烷基，R8和R8'各自獨立地為H或C1-C3的烷基，R 9和R9'各自 獨立地為H或0H。
[0014] 本發明還提供了一種制備上述具表面活性功能聚合物的方法，該方法包括在引發 劑和作為溶劑的水的存在下，使單體D、單體E和單體F進行溶液聚合反應,其中,所述單體 D為具有式（5)所示結構的單體,所述單體E為具有式（6)所示結構的單體,所述單體F為 具有式（7)和/或式（8)所示結構的單體；
[0015]
[0016]
[0017] 其中，R1和R2各自獨立地為H或C1-C4的烷基，R 3為C1-C14的亞烷基，優選為亞 甲基，R4和R5各自獨立地為H或C1-C4的烷基，且R4和R 5不同時為H，M為H、Na或K，R6、 R7、R6'和R/各自獨立地為H或C1-C12的烷基，優選為H或CH3, R8和R8'各自獨立地為H 或C1-C3的烷基，優選為H或CH3, R9和R9'各自獨立地為H或0H。
[0018] 本發明還提供了由上述方法制備的具表面活性功能聚合物。
[0019] 本發明還提供了上述具表面活性功能聚合物作為聚合物驅油劑的應用。
[0020] 本發明從分子設計的角度出發，通過引入表面活性單體F來提供聚合物的表面活 性，分子結構中活潑的碳碳雙鍵使其具有很高的反應活性，極易與其它各種烯類單體共聚 生成不同的功能聚合物，分子結構中含有強陰離子性和親水性官能團磺酸基，具有很好的 抗陽離子沉淀性能。本發明中所述具表面活性功能聚合物的分子量控制在一定范圍內以 滿足與不同滲透率油藏的匹配性，同時結合高分子的增粘性與低分子表面活性劑的表面活 性，具有流度控制和降低油/水界面張力作用等優點，在一定程度上解決了聚合物-表面活 性劑復合驅存在的色譜分離效應等問題。另外，還有效地解決了現有驅油體系耐溫抗鹽性 能差的問題。此外，本發明的具表面活性功能聚合物還具有良好的抗老化性能。因此該類 聚合物驅油劑適用于高、中、低滲透油藏、高溫油藏、高溫高鹽油藏等非常規油藏，可以在三 次采油中進一步提高原油采收率。
[0021] 本發明的其他特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0022] 附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：
[0023] 圖1是聚合物P2溶液、聚合物P6溶液、聚合物P8