[发明专利]一种基于碳纳米管的超支化聚合物及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于碳纳米管的超支化聚合物的制备方法，包括以下步骤：步骤1、取羟基化碳纳米管，在其表面枝接硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂含有端氨基；步骤2、对步骤1中的产物进行至少一次杂化处理，所述杂化处理过程如下：在步骤1的产物上依次枝接丙烯酸甲酯和有机二胺；步骤3、取步骤2中的产物，采用马来酸酐对其进行封端；步骤4、取0.1重量份步骤3的产物，将其与20‑40重量份的丙烯酰胺进行水相自由基共聚。本发明的超支化聚合物，其聚合主体为一维的碳纳米管，相对于传统的超支化聚合物，能够通过更小尺寸的孔喉；同时本发明的合成方法简单，重复性高，工艺节能环保，可工业化性强。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种基于碳纳米管的超支化聚合物及其制备方法。

背景技术

陆相沉积油田的非均质性一般强于海相沉积油田，因此开采难度前者大于后者，而我国大部分油田正是陆相沉积油田，因此强化采油是提高采收率的必要手段。强化采油又称三次采油，是指天然气采油、化学采油、热力采油和微生物采油。其中化学采油又称为化学驱，作为提采的高效手段，主要包括表面活性剂驱、聚合物驱、泡沫驱、碱驱和多元驱等。化学驱的基本原理是利用物理、化学和生物技术进行驱油，不断提高原油采收率的回收率和能源的利用效率。其中，作为化学驱的重要手段之一，聚合物驱经过40多年的发展，在我国已形成了较为成熟的聚合物驱配套技术。

聚合物驱技术的基本原理是通过在注入水中添加一定量的可溶性聚合物，形成具有一定粘度的聚合物驱替液，使得注入地下的流体的粘度增加，从而有效调控油水比，扩大波及体积。聚丙烯酰胺及其衍生物是主流驱油聚合物，经过几十年的发展，抗温、抗盐单体的出现，一定程度上解决了聚丙烯酰胺链的耐矿化度和耐温性，然而强非均质的地层环境下，地层各处存在较大的剪切速率差，使得聚合物经过较小尺寸孔喉时会受到较大速率的剪切，导致剪切稀释，从而无法产生有效的流动控制。此外，仅仅炮眼处的剪切就导致聚合物粘度的大幅损失，以超高分子量HPAM为例，经过炮眼剪切后，粘度损失就达到70％～80％。相比部分支化和线性聚合物，核壳结构的超支化聚合物流体力学半径小、支化的分子链缠结少，受剪切后，只有部分的支化结构受到破坏，对整体的性能影响不大，因此超支化聚合物在抗剪切方面比线性聚合物更占优势。此外，超支化聚合物的分子链末端可带大量的活性基团，能进一步对超支化聚合物进行修饰或改性，为赋予超支化其他性能提供了可能。

超支化聚合物提高采收率的原理主要是：(1)超支化聚合物受剪切后，只有支化结构受到破坏，具有较高粘度保留率，能够持续有效的进行流度控制(2)超支化聚合物的分子链末端大量的活性基团，能够赋予聚合物较好的耐温抗盐能力，以应对井下高盐、高温环境(PuW F,Liu R,Wang KY,et al.Water-Soluble Core–Shell Hyperbranched Polymersfor Enhanced Oil Recovery[J].IndustrialEngineering Chemistry Research,2015,54(3):798-807.)。实验结果表明，超高分子量聚丙烯酰胺及部分支化的梳形聚合物虽然具有可观的表观粘度，但在阳离子浓度较高的地层水中，这两类聚合物均容易线团卷曲，增黏性、黏弹性及长期稳定性均变差，线性为主的结构形态决定了这两类聚合物的局限性；此外，单纯地增加分子量以解决粘度损失将导致聚合物溶液注入性变差，不能使聚合物在非均质性强的油藏环境下满足生产的经济指标，超支化聚合物核-壳结构表面的功能基团在溶液中形成的超分子效应是保证聚合物在非均质性储层中的有效黏度与长期稳定性的关键；物理模拟实验证明超高分子量聚丙烯酰胺只能提高采收率9.6％，而粘度较低的超支化聚合物却能提高采收率14.3％。通过微观驱替实验发现，超支化聚合物能够有效利用粘弹性剥离并携带吸附在岩石表面的原油，一定程度拉拽孔隙盲端的残余油，从而提高微观驱油效率。但是，现有的超支化聚合物驱油剂通常为球状的超支化聚合物，其在应用于非均质油藏时，效果较差。

发明内容

为解决前述问题，本发明提出了一种基于碳纳米管的超支化聚合物的制备方法，合成方法简单，重复性高，工艺节能环保，可工业化性强。