复杂断块油藏提高采收率刚性聚丙烯酰胺的研究与评价

王欢 刘存辉 周传臣 毛艳妮 刘洁

摘 要：聚合物驱油技术逐渐采用污配、污稀，污水中含有的二价金属离子、细菌等物质降低聚合物溶液粘度。如何改进聚丙烯酰胺的结构，设计一种对污水不敏感、无需使用稳定剂就可以保持稳定的高粘度刚性聚丙烯酰胺，是目前需要解决的技术问题。本文通过优化引发体系，引入合适的功能单体，成功制备出适应于复杂断块油藏条件的刚性聚合物，通过性能评价成功进行工业化生产与现场应用。

关键词：三次采油技术;刚性聚合物驱油剂

要求在高温高矿化度条件下，满足油田采油的需求，成为下一步聚丙烯酰胺研究的方向之一。

1 研究机理

1.1 合成机理提高聚丙烯酰胺耐温抗盐性能的主要途径

驱油用聚丙烯酰胺在使用过程中，由于受温度降解和盐敏效应影響，增粘能力下降，需引入功能性基团提高分子结构的耐温抗盐性。在传统的二元聚合物基础上，进一步考虑在亲水大分子主链上引入少量的疏水嵌段，从而得到双亲水的嵌段聚合物，合成了兼具阴离子性和疏水性的丙烯酰胺类嵌段聚合物，从而提高了聚合物的抗盐性。

1.2 引入耐盐基团

刚性网链聚丙烯酰胺采用嵌段共聚方法，在分子结构中引入对盐不敏感的磺酸基可提高耐盐性，增加耐盐单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）刚性基团对外界阳离子不敏感、电荷密度高的特点提高水化作用。

1.3 引入刚性侧基

聚合物分子链的柔顺性是其发生剪切降解的主要原因，在分子结构中引入环状结构和支链结构可提高聚合物链的刚性及耐水解性能，如引入BH-1，可明显抑制聚合物中酰胺基的水解，同时环状结构的引入极大提高了抗剪切性能。

1.4 引入疏水基团

将一定量的疏水长链基团疏水单体BH-2引入亲水的大分子中形成分子内或分子间缔合，由于盐离子对疏水长链烷基的缔合结构影响不大，可阻止粘度的迅速下降，提高其耐温耐盐性能。

2 室内研究

2.1 主要原料与仪器

纯水（电导≤2.0us/cm），自制;丙烯酰胺（精制生物单体），自制;2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS），BH-2，优级品（纯度≥99%）自制;BH-1，自制;粒状氢氧化钠，工业级;EDTA二钠、甲酸钠、偶氮二异戊腈，分析纯;尿素、硫脲、亚硫酸氢钠，工业级。

2.2 主要仪器

恒温水浴锅，控温达100℃;分析天平，分度值0.0001g;杜瓦瓶;高纯氮气，纯度≥99.99%;磁力搅拌器;立式搅拌;酸度计;粘度计DV-Ⅱ;恒温烘箱;乌式粘度计;1mL微量滴定管等。

3 合成

在氧化还原及偶氮复合引发体系中，将精制丙烯酰胺单体AM、功能单体AMPS及BH-1、BH-2在引发温度2-5℃下进行反聚合反应，水解的同时加入自制的混合稳定剂，既提高了聚丙烯酰胺的抗盐能力，又保证了超高分子量剪切降解及抗温性能，制得刚性聚丙烯酰胺。

合成方法：

①配置纯碱与精制单体AM的第一混合水溶液以及疏水单体丙烯酸十八酯、OP-10与脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的第二混合水溶液，将第二混合水溶液缓慢加入第一混合水溶液中，搅拌均匀后降温至2-5℃;②加入尿素、氯化钠并将移入杜瓦瓶，鼓氮气除氧10min后加入金属离子屏蔽剂EDTA，继续除氧20min后加入链转移剂甲酸钠，再继续除氧20min后先加入引发剂，2min后再加入还原剂亚硫酸氢钠，接着通氮气直至溶液变粘稠后封口;③封口后待溶液温度升至最高值并自然降温2h后，将胶体放入70-80℃的恒温水浴中水解5-10h后取出，剪碎后滴入分散剂，搅拌均匀后放入烘箱于65℃下干燥1.5-2h，最后粉碎、过筛即可。

4 刚性聚合物研究实验结果与讨论

4.1 刚性聚合物的合成

单体、引发温度、引发剂温度、pH值等因素都会影响产品性能。在合成时，引入带有大侧基或刚性基团单体，即使分子链断裂，由于刚性基团位阻效应和分子运动阻力大，可提高聚合物抗温耐盐性能。我们通过研究从调整引发体系、引发剂加量、功能性单体的浓度和引发温度等，最终合成出具有耐温抗盐性能的刚性高粘聚合物。

4.2 刚性聚合反应研究结论

根据以上试验研究得出：分子结构设计，先对BH-1和BH-2两种功能单体进行预处理，微聚成小聚体，再进提纯制成高纯度的“嵌段单体”，再在氧化还原偶氮引发体系组成的引发体系下进行模板聚合反应，最终形成了耐盐耐高温的BHGL-80型聚丙烯酰胺。

4.3 现场应用

目前研发的耐温抗盐刚性聚合物BHGL-80型功能性聚合物，已应用于油藏温度60-100℃，矿化度1万-2万 mg/L，为特殊地区的复杂油藏开展聚合物驱技术提供基础保障。大港油田从南到北地层温度变化大，水质矿化度、硬度变化复杂，对深部调驱技术广泛应用的聚合物和驱油用聚合物的性能影响很大，该产品的研发为解决此类问题提供了技术支持。

4.4 刚性聚合物研究结论

研制出的BHGL-80型功能聚合物，在矿化度20000 mg/L时，其水溶液粘度高于同条件下的普通聚合物水溶液的粘度20MPa.s，有良好的抗盐性能、抗温性能。

参考文献：

[1]周华，胡瑞，李田霞，等.制备阴离子聚丙烯酰胺影响因素的研究[J].化学工程师，2005（7）：5-6+33.