一种二氧化碳延迟响应型增稠聚合物及其制备方法与应用与流程

本发明属于油田开发，具体涉及一种二氧化碳延迟响应型增稠聚合物及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着全球能源需求的增长和“双碳”目标的推进，co2驱油作为一种高效的提高石油采收率（eor）技术，同时兼具碳封存功能，已成为油田开发的重要方向。co2驱油过程中，由于co2在油藏条件下黏度极低、流度比大，易发生气窜现象，导致驱油效率低下，因此需要使用稠化剂来改善co2流度比，封堵窜流通道，提升驱油效果。

2、目前，现有技术中已公开多种co2响应型稠化剂，但这些现有技术仍存在诸多缺陷，难以适配高温高盐低渗透油藏的实际应用需求。主要存在以下缺陷：（1）延迟增稠不可控：延迟增稠时间波动值较大，要么提前增稠导致注入困难，要么延迟过久无法及时封堵气窜，无法实现精准调控；（2）耐温抗盐性能薄弱，在高温高盐极限工况（130℃、30000mg/l矿化度）下，黏度保留率＜85%，无法长期稳定工作；（3）co2响应时间过长，大于180s，响应滞后，灵敏度与耐温抗盐难以协同。

3、例如，中国专利cn119192470a采用苯乙烯系化合物与马来酸酐系化合物共聚制备co2增稠剂，其增稠机制主要依赖苯乙烯系化合物中芳环间的堆积作用增强分子间疏水缔合，但这种依赖芳环疏水缔合的增稠机制在高温高盐环境下疏水缔合易被破坏，耐温抗盐性能不足；学术文献（如高亚慧等报道的《海上中高温油藏co2驱油用增稠剂的制备及性能》），以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（amps）作为耐盐单体的co2驱油用增稠剂，但amps的强吸电子磺酸基团会削弱含氮基团的co2质子化响应灵敏度，导致co2响应时间延长，存在响应滞后问题。上述现有技术表明，延迟单体与耐盐单体难以有效协同仍是本领域亟待解决的技术难题。

4、因此，研发一种延迟增稠精准可控、耐温抗盐性能优异、co2响应灵敏的co2延迟响应型增稠聚合物，成为当前本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明通过采用n-羟乙基甲基丙烯酰胺、n,n-二异丙基丙烯酰胺、n-乙烯基-2-哌啶酮、n-叔丁基丙烯酰胺四种特定单体共聚，实现延迟增稠精准可控、耐温抗盐性能优异、co2响应灵敏，适配高温高盐低渗透油藏的需求。

2、一种二氧化碳延迟响应型增稠聚合物，所述二氧化碳延迟响应型增稠聚合物的原料包括聚合单体、助溶剂和引发剂；

3、所述聚合单体为摩尔比为（3.8~4.5）:（3.5~3.8）:（1.4~1.6）:（0.8~1.0）的n-羟乙基甲基丙烯酰胺、n,n-二异丙基丙烯酰胺、n-乙烯基-2-哌啶酮与n-叔丁基丙烯酰胺。

4、优选地，所述引发剂的质量为聚合单体总质量的0.3%~0.4%。

5、优选地，所述助溶剂质量与聚合单体的总摩尔量的比例为10~12 g:1 mol。

6、优选地，所述助溶剂为尿素与硫脲的混合物；

7、优选地，所述引发剂为过硫酸铵与亚硫酸氢钾的混合物。

8、优选地，所述尿素与硫脲的质量比为1:1

9、优选地，所述过硫酸铵与亚硫酸氢钾的质量比为1:1。

10、优选地，所述n-羟乙基甲基丙烯酰胺、n,n-二异丙基丙烯酰胺、n-乙烯基-2-哌啶酮与n-叔丁基丙烯酰胺的摩尔比为（3.8~4.0）:（3.5~3.65）:（1.4~1.5）:（0.8~0.9）。

11、优选地，所述n-羟乙基甲基丙烯酰胺、n,n-二异丙基丙烯酰胺、n-乙烯基-2-哌啶酮与n-叔丁基丙烯酰胺的摩尔比为4.0:3.5:1.5:0.9。

12、所述二氧化碳延迟响应型增稠聚合物的制备方法，包括以下步骤：

13、（1）将所述聚合单体加入水中，再加入助溶剂，在50℃~55℃下搅拌至溶解，得到混合单体溶液；

14、（2）将所述混合单体溶液的ph调节至5.0~5.5，然后通入氮气除氧，确保溶解氧含量≤0.08mg/l；

15、（3）在50℃~55℃下，向除氧后的混合溶液中分两次加入引发剂，添加完毕后，恒温搅拌反应6h~8h，得到弹性凝胶；

16、（4）将所述弹性凝胶破碎成块状，干燥，粉碎，过筛。

17、优选地，所述分两次加入引发剂具体如下：第一次加入引发剂总质量的60~65%，间隔5~8min之后加入剩余的引发剂。

18、优选地，步骤（2）中所述氮气的流量为50~60ml/min。

19、优选地，步骤（2）中用稀磷酸调节混合单体溶液的ph。

20、优选地，步骤（4）中所述块状为边长为0.5~1.0cm的块状。

21、优选地，步骤（4）中所述干燥为在60~65℃、0.07~0.08mpa的真空干燥箱中干燥至恒重。

22、所述二氧化碳延迟响应型增稠聚合物在制备用于高温高盐低渗透油藏的驱油剂中的用途：将所述二氧化碳延迟响应型增稠聚合物加入水中，配制为0.3~0.8wt%的溶液，在50~55℃下搅拌溶解，然后静置脱气，作为驱油剂。

23、优选地，所述高温高盐低渗透油藏的温度为50~130℃、矿化度15000~30000mg/l、渗透率≤100md。

24、更优选地，作为驱油剂时，采用“聚合物前置段塞+ co2驱”的工艺：以0.3~0.5 pv的注入量注入聚合物溶液，随后转注co2进行连续驱替至不再产油。

25、本发明中，n-羟乙基甲基丙烯酰胺（hemam）作为亲水刚性单体，核心作用是提供亲水基团和刚性结构，增强聚合物的水溶性和结构稳定性，避免高温高盐环境下分子链蜷曲，为co2响应和延迟增稠提供稳定的分子骨架；其刚性结构可抑制分子链过度伸展，与其他单体协同，提升聚合物的黏度保留率；且hemam的羟基（-oh）和酰胺基（-conh-）为微生物提供代谢位点，可被油藏环境中的土著微生物（如芽孢杆菌、假单胞菌）降解，降解产物为小分子有机酸和胺类，无环境污染，符合绿色油田开发要求，避免长期使用对油藏环境造成污染；

26、n,n-二异丙基丙烯酰胺（dipam）作为co2响应单体，核心作用是响应co2发生质子化反应，使聚合物分子链舒展，实现增稠。dipam的叔胺基团是co2响应的核心位点，当co2注入油藏与聚合物水溶液接触后，co2与水反应生成h+，h+与叔胺基团发生质子化反应，使叔胺基团质子化后带正电荷（-n⁺h(c3h7)2-）；带正电荷的叔胺基团之间产生静电排斥作用，同时与hemam的亲水基团（-oh、-conh-）形成氢键，促使聚合物分子链从蜷曲状态舒展为线性状态，分子链间的缠结程度增加，从而实现水溶液增稠，有效改善co2流度比，减少气窜；其质子化速率可控，受地层水离子类型影响极小，可显著提升co2响应灵敏度和稳定性，且与vpd、ntbam的协同性更好，不会出现响应滞后的问题，与其他单体协同实现“开关式”响应特性；

27、n-乙烯基-2-哌啶酮（vpd）作为延迟控制单体，核心作用是实现延迟增稠精准调控，不仅提供空间位阻，其极性羰基还能与水分子形成氢键，这种“位阻与亲水”的平衡是其区别于现有延迟单体的核心优势；现有技术中的延迟单体（如苯环类）主要依靠疏水作用实现延迟，会加剧高温下的盐析现象，无法与耐盐单体协同，仅能实现即时增黏或延迟时间波动值大，无法解决油藏注入过程中“提前增稠导致注入困难”的问题；而vpd的杂环刚性结构（含六元哌啶酮环）在聚合物分子链上形成空间位阻，可物理阻碍co2分子与dipam中的叔胺基团接触，延缓叔胺基团的质子化进程，从而实现延迟增稠；通过调整vpd的摩尔比，可改变空间位阻强度，进而灵活调控延迟增稠性能；

28、n-叔丁基丙烯酰胺（ntbam）作为耐盐疏水单体，核心作用是提升聚合物的耐温抗盐性能。ntbam 分子中的疏水基团（叔丁基）可形成有效疏水缔合作用，增强分子链间的缠结与作用力，避免高温高盐环境下聚合物分子链发生蜷曲、降解；hemam的亲水刚性结构可增强分子链的刚性，抑制高温下分子链的热运动，减少分子链断裂；同时，叔丁基的空间位阻效应可减弱地层水中阳离子对分子链的压缩与破坏，使聚合物在高矿化度条件下仍保持良好的水溶性与黏度稳定性，且不会削弱 co2响应灵敏度，从而实现耐温抗盐性能与 co2响应灵敏度的协同提升。

29、本发明所述延迟增稠时间为从聚合物注入地层到开始发生co2响应增稠的时间，简称t1，单位为h；

30、所述延迟增稠时间波动值为在相同实验条件下（相同温度、矿化度、co2压力、聚合物浓度）独立配制5批聚合物溶液并分别测试所得t1测量值的极差（最大值与最小值之差），用于表征延迟增稠时间控制精度的稳定性，简称 δt1；

31、co2响应时间为从聚合物与co2接触至黏度达到峰值的时间，简称t2，单位为s。

32、本发明的优点：

33、1. 本发明通过hemam-dipam-vpd-ntbam四元特定单体形成的共聚体系，具有延迟增稠性能，延迟增稠时间 t1=1.8~3.8h，延迟增稠时间波动值δt1≤0.2h，可根据油藏注入需求灵活调控；

34、2. co2响应时间 t2≤120s，响应灵敏度高，无响应滞后，受离子影响小；

35、3. 耐温抗盐性能好，在130℃、矿化度30000mg/l的工况下，0.3%~0.8%水溶液的黏度保留率≥90%；

36、4. 驱油性能优异。