[发明专利]由可控自由基聚合反应获得的聚合物分散体

说明书

公开了一种通过可控自由基聚合反应制备的聚合物分散体以及一种该聚合物分散体在油田工艺中作为减摩剂的用途。

技术领域

本发明涉及一种通过可控自由基聚合反应制备聚合物分散体的方法以及其中的聚合物分散体。本发明还涉及该聚合物分散体的用途，特别是作为地下处理中的油气田压裂操作的减摩剂。

背景技术

在过去的几十年中，滑溜水压裂技术已在油井增产作业中得到了广泛的应用，这导致了非常规页岩油气的新兴开发，从而对全球能源格局和能源消耗产生了重大影响。在滑溜水压裂中，压裂液通常由作为主要成分的减摩剂以及某些功能性添加剂组成。滑溜水压裂中使用的减摩剂(FR)通常基于通常呈粉末、淤浆和反相乳液形式的高分子量线性聚合物，例如瓜尔胶、聚丙烯酰胺及其衍生物。与需要使用特殊设备进行额外的预溶解工艺的粉末状FR相比，在北美市场几乎完全使用乳液基FR，这主要是由于乳液基FR能快速水合、操作简便并且具有以极低剂量使用的效率。

为了制造反相乳液FR，通常在低HLB乳化剂的辅助下，通过烃类溶剂(例如石蜡油)将含有丙烯酰胺和共聚单体的水相乳化并分散为连续相。在自由基聚合触发之后，形成油包水体系，该油包水体系由困在被油相稳定的水相中的聚合物颗粒组成。美国专利第6,686,417号和美国专利第8,640,774号公开了用丙烯酰胺与各种阴离子单体和阳离子单体由上述技术制备的共聚物的合成及其在减摩处理中的用途。尽管反相乳液FR已成功用于油田工业，但由于与烃类溶剂相关的潜在安全隐患，最终产品中的油相仍然存在环境问题。从长远的观点来看，优选并期望采用一种更绿色的方法(例如纯水基分散)来生产这种液体基FR。

美国专利第7,271,134号公开了一种水性聚合物分散体，其包含阴离子盐、水基丙烯酰胺-丙烯酸共聚物、多元醇、阴离子表面活性剂以及非离子表面活性剂，用于在地下地层内不形成凝胶的情况下减少摩擦。

美国专利第5,837,775号公开了经由常规自由基聚合在水性介质中制备非离子以及阴离子带电的丙烯酰胺-丙烯酸共聚物。该方法是两步合成法，包括首先进行聚合物类分散剂的合成，然后通过使用上述从第一步合成的聚合物类稳定剂进行乳液聚合来控制水相中的颗粒形成。聚合物类稳定剂用作分子屏障，其与想要的丙烯酰胺-丙烯酸共聚物分离，以将想要的共聚物稳定在水相中。从上述方法获得的最终聚合物产品产生了两类聚合物(即聚合物类稳定剂和丙烯酰胺-丙烯酸共聚物)的混合物。这样获得的聚合物可用作造纸行业中的絮凝剂、助滤剂等。

美国专利第6,787,506号公开了使用一种或多种分散体聚合物来减少在油田压裂工艺中由水基压裂液中的湍流引起的摩擦。该聚合物由一种或多种非离子单体分别和一种或多种阳离子单体或阴离子单体组成，其通常是丙烯酰胺/丙烯酸共聚物、丙烯酰胺/丙烯酸二甲基氨基乙酯甲基氯季盐/丙烯酸二甲基氨基乙酯苄基氯季盐三元共聚物等。在美国专利第5,837,775号和第6,787,506号中，由第一步制备的聚合物类分散剂是通过传统的自由基聚合反应制得的，因此该聚合物类分散剂实际上通过物理吸附和相互作用(如范德华力和静电相互作用)对由第二步生成的想要的聚合物颗粒进行稳定。最终的聚合物产品是两类聚合物(即聚合物类稳定剂和丙烯酰胺共聚物)的物理混合。当将它们用于油气应用中时，可能会导致混合物稳定性的问题以及其他问题。

需要提供一种具有良好稳定性且易于制备的聚合物分散体。也需要提供可以提供优异的减摩能力的聚合物分散体。

发明内容