一种可降解的聚合物稠化剂及其制备方法

文献发布时间：2023-06-19 19:28:50

技术领域

本发明属于石油开发采油领域，具体涉及一种可降解的聚合物稠化剂及其制备方法。

背景技术

随着常规油气开发困难的日益增加，致密砂岩气、煤层气、页岩气等低渗透、深层高温非常规油气资源已经越来越被世界所关注。压裂技术因其材料来源广、成本低、对地层伤害低以及安全性高等优点已经成为不同情况下多数低渗透油气井开采的主要增产工艺。因此，对压裂液的选择直接影响到压裂的效果。水基冻胶压裂液因其具有的高粘度、低摩阻以及强悬砂能力等特点被应用在我国国内的各大油气田中。所谓的水基冻胶压裂液就是将交联剂和溶于水的增稠剂高分子聚合物进行不完全交联，把原为线型结构的高聚物变成线型和网状结构共存的一种高分子水冻胶材料。对于水基压裂液的研究已经持续了半个多世纪，而如何获得更适应于油田需求的增稠剂一直是国内外学者所关注的研究。

随着科学技术的进步和人类文明的发展，人们在生产和生活中消耗着大量不可分解的高分子材料制品，如包装袋、餐盒、医用及目常生活中的一次性用具等，并产生着大量的废弃物。这些废弃物在自然条件下极难分解，如采用填埋处理，将占用大量土地，对环境造成了严重负担与污染。而材料中的一些有毒气体或有机物释放物质，还会危害人体健康。环境污染与环境负担的问题正越来越受到世界各国政府和民众的关注。

因此，现如今，在研究注入地层的增稠剂时，不仅对于增稠剂的耐温耐盐能力的要求，同时对高分子材料的可持续发展特性的环境友好的要求也在日趋严格。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明目的在于提供一种可降解的聚合物稠化剂及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种没有添加小分子表面活性剂的耐温、抗剪切且粘弹性好的聚合物稠化剂的制备方法。

一种可降解的聚合物稠化剂，以重量份计，包括100-120份丙烯酰胺(AM)、25-30份丙烯酸(AA)、15-20份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和0.5-1份具有可降解性的功能单体(RCS)；所述有可降解性的功能单体(RCS)结构单元采用十八醇聚氧乙烯醚，异佛尔酮异氰酸酯，丙烯酸羟乙酯通过亲核加成合成；所述有可降解性的功能单体(RCS)的结构式如下：

进一步的，所述十八醇聚氧乙烯醚为十八醇聚氧乙烯醚。

进一步的，采用环境友好的十八醇聚氧乙烯醚为原料，制备出具有表面活性的功能单体(RCS)；再将其引入聚丙烯酰胺分子链上，从而增强聚合物的降解性能及环保性。

进一步的，合成具有不同聚醚链段的功能单体(RCS)，可根据需求将其引入聚丙烯酰胺(AM)分子链上，研究其聚醚链段对聚合物性能的影响。

作为本发明的另一方面，还涉及一种可降解聚合物稠化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、以重量份计，将20-25份异氰酸酯与45-75份十八醇聚氧乙烯醚，以及80-120份丙酮作溶剂加入干燥的带有搅拌、温度计、回流装置三口烧瓶，在55-65℃反应2h；

步骤2、以重量份计，加入10-13份丙烯酸羟酯类和0.1-0.3份催化剂DBTDL，升温至70℃，反应2h。反应结束后，将其转入单口圆底烧瓶中，减压蒸馏除去丙酮，得到具有可降解性的功能单体(RCS)。

步骤3、以重量份计，将100-120份AM、25-30份AA、15-20份AMPS、0.5-2份步骤2制得的RCS和290-310份H

步骤4、以重量份计，加入0.01-0.025份EDTA-2Na，加入0.15-0.3份AIBN作为高温自由基引发剂；为提高产物分子量，采用低温引发，将体系降温至5℃，转移至保温瓶中；

步骤5、以重量份计，向体系通15～25min的N

步骤6、以重量份计，粉碎使用无水乙醇洗涤1-3次，在60～70℃条件下干燥3～5h，经粉碎得到白色固体粉末，即得到可降解的聚合物稠化剂。

进一步的，所述的异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1，4-环已烷二异氰酸酯(CHDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中的一种

进一步的，所述的丙烯酸羟酯类为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯中的一种。

进一步的，所述碱性pH调节为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾和氨水中的一种或几种的组合。

进一步的，所述的异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1，4-环已烷二异氰酸酯(CHDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中的一种

进一步的，所述十八醇聚氧乙烯醚的聚醚链段链节为10、15和40中的一种。

总体而言，通过本发明的所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的可降解的聚合物稠化剂，用环境友好的十八醇聚氧乙烯醚为原料，制备出没有添加小分子表面活性剂的耐温、抗剪切且粘弹性好的可降解的聚合物稠化剂，可广泛应用于石油开发采油领域。

(2)本发明的可降解的聚合物稠化剂，溶解速度快；携砂能力强。

附图说明

图1是本发明较佳实施例0.5％聚合物水溶液耐温耐温耐剪切图；

图2是本发明较佳实施例0.5％聚合物水溶液携砂能力测试图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明的进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明的，并不用于限定本发明的。此外，下面所描述的本发明的各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明涉及一种可降解的聚合物稠化剂，以重量份计，包括100-120份丙烯酰胺(AM)、25-30份丙烯酸(AA)、15-20份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和0.5-1份具有可降解性的功能单体(RCS)；所述有可降解性的功能单体(RCS)结构单元采用十八醇聚氧乙烯醚，异佛尔酮异氰酸酯，丙烯酸羟乙酯通过亲核加成合成；所述有可降解性的功能单体(RCS)的结构式如下：

所述十八醇聚氧乙烯醚为十八醇聚氧乙烯醚。

采用环境友好的十八醇聚氧乙烯醚为原料，制备出具有表面活性的功能单体(RCS)；再将其引入聚丙烯酰胺分子链上。

合成具有不同聚醚链段的功能单体(RCS)，可根据需求将其引入聚丙烯酰胺(AM)分子链上，研究其聚醚链段对聚合物性能的影响。

作为本发明的另一方面，还涉及一种可降解聚合物稠化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤3、以重量份计，将100-120份AM、25-30份AA、15-20份AMPS、0.5-2份步骤2制得的RCS和290-310份H

步骤5、以重量份计，向体系通15～25min的N

步骤6、以重量份计，粉碎使用无水乙醇洗涤1-3次，在60～70℃条件下干燥3～5h，经粉碎得到白色固体粉末，即得到可降解的聚合物稠化剂。

所述的异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1，4-环已烷二异氰酸酯(CHDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中的一种

所述的丙烯酸羟酯类为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯中的一种。

所述碱性pH调节为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾和氨水中的一种或几种的组合。

所述的异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1，4-环已烷二异氰酸酯(CHDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中的一种

例如异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),丙烯酸羟酯类为丙烯酸羟乙酯(HEA)，合成的具有可降解性的功能单体(RCS)的反应方程式为：

作为优选的方案，所述十八醇聚氧乙烯醚的聚醚链段链节为10、15和40中的一种。聚醚链段链节为10、15和40的原因：当聚醚链段链节过少时，合成的具有可降解性的功能单体(RCS)的疏水性较强，相对的溶解性较弱，在水溶液聚合时很难引入聚合物主链上。当聚醚链段链节过多时，合成的具有可降解性的功能单体(RCS)的亲水性较强，虽然其溶解性增强，但其乳化性能相对也增强，在石油开发采油过程将原油乳化。

实施例1