基本信息
- 项目名称：
- 一种AM/AMPS-Na/MAM共聚物及制备方法
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 提供油田用降滤失作用的AM/AMPS-Na/MAM共聚物制备方法。该共聚物包含丙烯酰胺、2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸钠和环糊精改性丙烯酰胺三种结构单元。将β-环糊精的包合作用引入到丙烯酰胺聚合物中，再与阴离子单体共聚得到共聚物用于油田开采用，国内外几乎没有这方面的研究，实验室首次合成这种新型共聚物，并通过理论探究和模拟实验，发现该聚合物确实存在高抗温性、高抗盐性等良好性能。
- 详细介绍：
- 目前，油气勘探开发向深部发展，钻遇地层日趋复杂，钻井完井所面临的困难越来越大, 超高温条件下，钻井液性能维护对聚合物驱的要求逐渐提高。本发明共聚物作为抗高温钻井液处理剂，具有较强的降滤失作用和较好的耐温抗盐能力。 首先利用霍夫曼反应得到带有环糊精超分子结构的丙烯酰胺单体，再与阴离子单体2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸钠和丙烯酰胺单体通过自由基共聚反应得到共聚物AM/AMPS-Na/MAM，并通过红外谱图表征该共聚物结构。 该共聚物是由丙烯酰胺（简写AM），2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸钠（简写AMPS-Na），环糊精改性丙烯酰胺（简写MAM）三种单体聚合而得；所用原料组分的摩尔百分比及部分性能为：AM单体为83%-85%，用蒸馏水配成质量分数为15%的溶液；AMPS-Na为15%-16%，用浓度为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单体1%-2%，将5.0g丙烯酰胺配成浓度为50.0g/L的水溶液，加入浓度为4.0g/L的NaOH溶液200mL，二者混合均匀后倒入三口瓶中，通入适量Cl2,进行Hofmann降解，得到部分降解后的丙烯酰胺，然后依次加入计量的环氧氯丙烷和环糊精，在80℃下反应9小时后，用无水乙醇洗涤3-5次，得絮状白色固体，于60℃烘箱中烘干即得环糊精改性丙烯酰胺单体MAM。共聚物制备中，螯合剂用乙二胺四乙酸二钠简写EDTA，加入量占反应单体总质量的0.25%-0.3%，氧化剂用过硫酸钾，占单体总质量的1.25%-1.5%，还原剂用亚硫酸氢钠，占单体总质量的1.25%-1.5%。 与现有技术得到的油田钻井处理剂相比，该发明制备的共聚物AM/AMPS-Na/MAM作为油田用降滤失剂，有以下三大实际突出性技术特点： ① 在所选用的共聚单体中，阴离子型2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸钠(AMPS-Na)可以提供对盐不敏感的水化基团，用以提高共聚物的抗温耐盐能力； ② 引入环糊精刚性结构单元，刚性侧链基团可以在一定程度上阻止共聚物分子链的卷曲变形，即使老化过程中分子链发生断裂现象，也会因为刚性基团的位阻效应，对共聚物分子链的运动造成较大阻力，从而使共聚物溶液粘度降低较小； ③ 另外，利用环糊精特有的空腔结构，以及其特殊的外亲水、内亲油的物理特性，将环糊精的缓释、包结缔合和分子识别等性能引入采油工程方面，从而增强疏水缔合作用，改善抗盐性能。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：聚合物驱是我国最主要的提高采收率方式。但随油气勘探开发向深部发展，钻井完井所面临的困难越来越大，超高温条件下钻井液性能维护对聚合物驱的要求逐渐提高。 基本思路：利用霍夫曼反应得到带有环糊精超分子结构的丙烯酰胺单体，再与阴离子单体2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸钠和丙烯酰胺通过自由基共聚反应得到目标产物。 创新点：引入环糊精刚性结构单元，在一定程度上阻止共聚物分子链的卷曲变形，即使老化过程中分子链发生断裂现象，也会因为刚性基团的位阻效应，对共聚物分子链的运动造成较大阻力，从而使共聚物溶液粘度降低较小；利用环糊精特有的空腔结构，以及其特殊的外亲水、内亲油的物理特性，将环糊精的缓释、包结缔合和分子识别等性能引入采油工程方面。 技术关键：所用原料组分的摩尔百分比及部分性能为：AM单体为83%-85%；AMPS-Na为15%-16%，MAM单体1%-2%。 主要技术指标：按GB12005.1-89所述标准测定AM/AMPS-Na/MAM共聚物的特性粘数，跟据GB/T12005.10－92标准测定该共聚物的分子量M＝4430000；用ZNN-D6 型六速旋转黏度计测定钻井液的流变参数，用ZNS型钻井液失水仪测定钻井液的滤失量。
科学性、先进性
- ① 在所选用的共聚单体中阴离子型2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸钠(AMPS-Na)可以提供对盐不敏感的水化基团，用以提高共聚物的抗温耐盐能力； ② 引入环糊精刚性结构单元，刚性侧链基团可以在一定程度上阻止共聚物分子链的卷曲变形，即使老化过程中分子链发生断裂现象，也会因为刚性基团的位阻效应，对共聚物分子链的运动造成较大阻力，从而使共聚物溶液粘度降低较小； ③ 另外，利用环糊精特有的空腔结构，以及其特殊的外亲水、内亲油的物理特性，将环糊精的缓释、包结缔合和分子识别等性能引入采油工程方面，从而增强疏水缔合作用，改善抗盐性能。
获奖情况及鉴定结果
- 该作品已提出申报专利，现已被国家知识产权局受理，已通过初审阶段。 申请号或专利号：201110089531.9
作品所处阶段
- 实验室研发阶段
技术转让方式
- 暂无
作品可展示的形式
- 样品，图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 为评价合成共聚物的耐温抗温性, 将含有合成共聚物的淡水基泥浆、盐水基泥浆、饱和盐水基泥浆和复合盐水基泥浆在220℃高温下滚动老化16h。 该发明涉及一种新型油田用降滤失剂的制备方法。 利用Hofmann降解丙烯酰胺（AM），并将环糊精接枝到降解后的AM上，制备一种新型改性AM单体。采用氧化-还原体系，制备AM/AMPS-Na/MA共聚物降滤失剂，应用在石油天然气行业钻井液中。 该方法制备的聚合物能够与钻井液中的表面活性剂等物质有机结合，作为钻井液处理剂，热稳定性能好，抗温能力强，在淡水、盐水和饱和盐水钻井液中均具有较好的降滤失作用，经过220℃高温老化后仍能较好的控制钻井液的虑矢量，体现出良好的耐温抗盐能力。 现行聚合物降滤失剂产品多为了降低成本，多考虑聚合物复配，而很少考虑产品本身质量，本发明首先制备新型单体，首次合成新型共聚物，具有较好的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 从钻井液处理剂的发展来看20 世纪70 年代以来，水解聚丙烯腈盐、聚丙烯酰胺和水解聚丙烯酰胺在钻井液得到广泛应用，并形成了低固相不分散钻井液体系； 20 世纪80 年代后，逐渐发展并完善了系列钻井液处理剂，从而完善了各种钻井液体系。其中以2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸（AMPS）为单体的共聚物降滤失剂最为引人注目，不仅抗温效果好，而且抗盐能力强。很多研究工作者都以AMPS为重要单体，与其他单体，如丙烯酰胺（AM）等合成共聚物，用于油田降滤失剂用。王中华等以丙烯酰胺(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)为原料，合成了一种新型耐温抗盐聚合型钻井液降滤失剂，并对其性能进行了室内评价；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)三元共聚物为降滤失剂；刘明华等采用2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸和乙烯基单体共聚合成了一种抗高温抗盐降滤失剂；杨小华等采用MAOPS，AM 和AA 合成两性离子磺酸盐聚合物CPS-2000等等。 国外在抗高温降滤失剂研究方面起步较早，其中以乙烯基磺酸单体与丙烯酰胺、烷基丙烯酰胺和乙烯基乙酰胺等单体的聚合物最受关注。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′-亚甲基-二丙烯酰胺(MBA)共聚物，并用作高温高压高矿化度条件下油井钻井液体系的降滤失剂和流型稳定剂。引入的磺酸基团(-SO3-)保证了该聚合物的抗温性和抗硬水性能；Dickert等以AMPS、AM 和N-乙烯基-N-烷基酰胺(NVNAAM)等为原料研制开发了两种耐高温降滤失剂， 在超过200℃条件下均具有良好的降滤失效果，它们形成的钻井液体系在pH 值为8～11.5 的范围内综合性能最佳；近期美国的Patel等以AMPS 为聚合单体，以N，N′-亚甲基-双丙烯酰胺(MBA)为交联剂，通过可控交联合成了一种用于水基钻井液的高温降滤失剂，该剂在205℃条件下抗温能力良好，而且抗钙镁性能出众，是一种优良的高温水基钻井液降滤失剂。
