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基本信息

項(xiàng)目名稱：
一種AM/AMPS-Na/MAM共聚物及制備方法
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
提供油田用降濾失作用的AM/AMPS-Na/MAM共聚物制備方法。該共聚物包含丙烯酰胺、2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸鈉和環(huán)糊精改性丙烯酰胺三種結(jié)構(gòu)單元。將β-環(huán)糊精的包合作用引入到丙烯酰胺聚合物中，再與陰離子單體共聚得到共聚物用于油田開采用，國(guó)內(nèi)外幾乎沒(méi)有這方面的研究，實(shí)驗(yàn)室首次合成這種新型共聚物，并通過(guò)理論探究和模擬實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該聚合物確實(shí)存在高抗溫性、高抗鹽性等良好性能。
詳細(xì)介紹：
目前，油氣勘探開發(fā)向深部發(fā)展，鉆遇地層日趨復(fù)雜，鉆井完井所面臨的困難越來(lái)越大, 超高溫條件下，鉆井液性能維護(hù)對(duì)聚合物驅(qū)的要求逐漸提高。本發(fā)明共聚物作為抗高溫鉆井液處理劑，具有較強(qiáng)的降濾失作用和較好的耐溫抗鹽能力。 首先利用霍夫曼反應(yīng)得到帶有環(huán)糊精超分子結(jié)構(gòu)的丙烯酰胺單體，再與陰離子單體2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸鈉和丙烯酰胺單體通過(guò)自由基共聚反應(yīng)得到共聚物AM/AMPS-Na/MAM，并通過(guò)紅外譜圖表征該共聚物結(jié)構(gòu)。 該共聚物是由丙烯酰胺（簡(jiǎn)寫AM），2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸鈉（簡(jiǎn)寫AMPS-Na），環(huán)糊精改性丙烯酰胺（簡(jiǎn)寫MAM）三種單體聚合而得；所用原料組分的摩爾百分比及部分性能為：AM單體為83%-85%，用蒸餾水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的溶液；AMPS-Na為15%-16%，用濃度為4.0g/L的NaOH溶液滴定2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸（AMPS），至PH7-8，即得AMPS-Na；MAM單體1%-2%，將5.0g丙烯酰胺配成濃度為50.0g/L的水溶液，加入濃度為4.0g/L的NaOH溶液200mL，二者混合均勻后倒入三口瓶中，通入適量Cl2,進(jìn)行Hofmann降解，得到部分降解后的丙烯酰胺，然后依次加入計(jì)量的環(huán)氧氯丙烷和環(huán)糊精，在80℃下反應(yīng)9小時(shí)后，用無(wú)水乙醇洗滌3-5次，得絮狀白色固體，于60℃烘箱中烘干即得環(huán)糊精改性丙烯酰胺單體MAM。共聚物制備中，螯合劑用乙二胺四乙酸二鈉簡(jiǎn)寫EDTA，加入量占反應(yīng)單體總質(zhì)量的0.25%-0.3%，氧化劑用過(guò)硫酸鉀，占單體總質(zhì)量的1.25%-1.5%，還原劑用亞硫酸氫鈉，占單體總質(zhì)量的1.25%-1.5%。 與現(xiàn)有技術(shù)得到的油田鉆井處理劑相比，該發(fā)明制備的共聚物AM/AMPS-Na/MAM作為油田用降濾失劑，有以下三大實(shí)際突出性技術(shù)特點(diǎn)： ① 在所選用的共聚單體中，陰離子型2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸鈉(AMPS-Na)可以提供對(duì)鹽不敏感的水化基團(tuán)，用以提高共聚物的抗溫耐鹽能力； ② 引入環(huán)糊精剛性結(jié)構(gòu)單元，剛性側(cè)鏈基團(tuán)可以在一定程度上阻止共聚物分子鏈的卷曲變形，即使老化過(guò)程中分子鏈發(fā)生斷裂現(xiàn)象，也會(huì)因?yàn)閯傂曰鶊F(tuán)的位阻效應(yīng)，對(duì)共聚物分子鏈的運(yùn)動(dòng)造成較大阻力，從而使共聚物溶液粘度降低較??； ③ 另外，利用環(huán)糊精特有的空腔結(jié)構(gòu)，以及其特殊的外親水、內(nèi)親油的物理特性，將環(huán)糊精的緩釋、包結(jié)締合和分子識(shí)別等性能引入采油工程方面，從而增強(qiáng)疏水締合作用，改善抗鹽性能。

作品圖片

  • 一種AM/AMPS-Na/MAM共聚物及制備方法
  • 一種AM/AMPS-Na/MAM共聚物及制備方法

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

目的：聚合物驅(qū)是我國(guó)最主要的提高采收率方式。但隨油氣勘探開發(fā)向深部發(fā)展，鉆井完井所面臨的困難越來(lái)越大，超高溫條件下鉆井液性能維護(hù)對(duì)聚合物驅(qū)的要求逐漸提高。 基本思路：利用霍夫曼反應(yīng)得到帶有環(huán)糊精超分子結(jié)構(gòu)的丙烯酰胺單體，再與陰離子單體2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸鈉和丙烯酰胺通過(guò)自由基共聚反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物。 創(chuàng)新點(diǎn)：引入環(huán)糊精剛性結(jié)構(gòu)單元，在一定程度上阻止共聚物分子鏈的卷曲變形，即使老化過(guò)程中分子鏈發(fā)生斷裂現(xiàn)象，也會(huì)因?yàn)閯傂曰鶊F(tuán)的位阻效應(yīng)，對(duì)共聚物分子鏈的運(yùn)動(dòng)造成較大阻力，從而使共聚物溶液粘度降低較小；利用環(huán)糊精特有的空腔結(jié)構(gòu)，以及其特殊的外親水、內(nèi)親油的物理特性，將環(huán)糊精的緩釋、包結(jié)締合和分子識(shí)別等性能引入采油工程方面。 技術(shù)關(guān)鍵：所用原料組分的摩爾百分比及部分性能為：AM單體為83%-85%；AMPS-Na為15%-16%，MAM單體1%-2%。 主要技術(shù)指標(biāo)：按GB12005.1-89所述標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定AM/AMPS-Na/MAM共聚物的特性粘數(shù)，跟據(jù)GB/T12005.10－92標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定該共聚物的分子量M＝4430000；用ZNN-D6 型六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定鉆井液的流變參數(shù)，用ZNS型鉆井液失水儀測(cè)定鉆井液的濾失量。

科學(xué)性、先進(jìn)性

① 在所選用的共聚單體中陰離子型2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸鈉(AMPS-Na)可以提供對(duì)鹽不敏感的水化基團(tuán)，用以提高共聚物的抗溫耐鹽能力； ② 引入環(huán)糊精剛性結(jié)構(gòu)單元，剛性側(cè)鏈基團(tuán)可以在一定程度上阻止共聚物分子鏈的卷曲變形，即使老化過(guò)程中分子鏈發(fā)生斷裂現(xiàn)象，也會(huì)因?yàn)閯傂曰鶊F(tuán)的位阻效應(yīng)，對(duì)共聚物分子鏈的運(yùn)動(dòng)造成較大阻力，從而使共聚物溶液粘度降低較小； ③ 另外，利用環(huán)糊精特有的空腔結(jié)構(gòu)，以及其特殊的外親水、內(nèi)親油的物理特性，將環(huán)糊精的緩釋、包結(jié)締合和分子識(shí)別等性能引入采油工程方面，從而增強(qiáng)疏水締合作用，改善抗鹽性能。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

該作品已提出申報(bào)專利，現(xiàn)已被國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局受理，已通過(guò)初審階段。 申請(qǐng)?zhí)柣驅(qū)＠?hào)：201110089531.9

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

暫無(wú)

作品可展示的形式

樣品，圖片

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

為評(píng)價(jià)合成共聚物的耐溫抗溫性, 將含有合成共聚物的淡水基泥漿、鹽水基泥漿、飽和鹽水基泥漿和復(fù)合鹽水基泥漿在220℃高溫下滾動(dòng)老化16h。 該發(fā)明涉及一種新型油田用降濾失劑的制備方法。 利用Hofmann降解丙烯酰胺（AM），并將環(huán)糊精接枝到降解后的AM上，制備一種新型改性AM單體。采用氧化-還原體系，制備AM/AMPS-Na/MA共聚物降濾失劑，應(yīng)用在石油天然氣行業(yè)鉆井液中。 該方法制備的聚合物能夠與鉆井液中的表面活性劑等物質(zhì)有機(jī)結(jié)合，作為鉆井液處理劑，熱穩(wěn)定性能好，抗溫能力強(qiáng)，在淡水、鹽水和飽和鹽水鉆井液中均具有較好的降濾失作用，經(jīng)過(guò)220℃高溫老化后仍能較好的控制鉆井液的慮矢量，體現(xiàn)出良好的耐溫抗鹽能力。 現(xiàn)行聚合物降濾失劑產(chǎn)品多為了降低成本，多考慮聚合物復(fù)配，而很少考慮產(chǎn)品本身質(zhì)量，本發(fā)明首先制備新型單體，首次合成新型共聚物，具有較好的市場(chǎng)前景。

同類課題研究水平概述

從鉆井液處理劑的發(fā)展來(lái)看20 世紀(jì)70 年代以來(lái)，水解聚丙烯腈鹽、聚丙烯酰胺和水解聚丙烯酰胺在鉆井液得到廣泛應(yīng)用，并形成了低固相不分散鉆井液體系； 20 世紀(jì)80 年代后，逐漸發(fā)展并完善了系列鉆井液處理劑，從而完善了各種鉆井液體系。其中以2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸（AMPS）為單體的共聚物降濾失劑最為引人注目，不僅抗溫效果好，而且抗鹽能力強(qiáng)。很多研究工作者都以AMPS為重要單體，與其他單體，如丙烯酰胺（AM）等合成共聚物，用于油田降濾失劑用。王中華等以丙烯酰胺(AM)、2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸(AMPS) 和N，N- 二甲基丙烯酰胺(DMAM)為原料，合成了一種新型耐溫抗鹽聚合型鉆井液降濾失劑，并對(duì)其性能進(jìn)行了室內(nèi)評(píng)價(jià)；武玉民等以2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸(AMPS)/ 丙烯酰胺(AM )/ 衣康酸(IA)三元共聚物為降濾失劑；劉明華等采用2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸和乙烯基單體共聚合成了一種抗高溫抗鹽降濾失劑；楊小華等采用MAOPS，AM 和AA 合成兩性離子磺酸鹽聚合物CPS-2000等等。 國(guó)外在抗高溫降濾失劑研究方面起步較早，其中以乙烯基磺酸單體與丙烯酰胺、烷基丙烯酰胺和乙烯基乙酰胺等單體的聚合物最受關(guān)注。早在1985 年，Giddings 等就合成了2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)和N，N′-亞甲基-二丙烯酰胺(MBA)共聚物，并用作高溫高壓高礦化度條件下油井鉆井液體系的降濾失劑和流型穩(wěn)定劑。引入的磺酸基團(tuán)(-SO3-)保證了該聚合物的抗溫性和抗硬水性能；Dickert等以AMPS、AM 和N-乙烯基-N-烷基酰胺(NVNAAM)等為原料研制開發(fā)了兩種耐高溫降濾失劑， 在超過(guò)200℃條件下均具有良好的降濾失效果，它們形成的鉆井液體系在pH 值為8～11.5 的范圍內(nèi)綜合性能最佳；近期美國(guó)的Patel等以AMPS 為聚合單體，以N，N′-亞甲基-雙丙烯酰胺(MBA)為交聯(lián)劑，通過(guò)可控交聯(lián)合成了一種用于水基鉆井液的高溫降濾失劑，該劑在205℃條件下抗溫能力良好，而且抗鈣鎂性能出眾，是一種優(yōu)良的高溫水基鉆井液降濾失劑。
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