一種磺酸鹽甜菜堿型丙烯酰胺共聚物驅(qū)油劑及其合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種可提高油田采收率的橫酸鹽甜菜堿型丙締酷胺共聚物驅(qū)油劑的 合成方法 技術(shù)背景
[0002] 隨著全世界油藏的不斷開(kāi)發(fā)，油藏所在地質(zhì)環(huán)境愈加苛刻，常規(guī)開(kāi)采方法已經(jīng)不 能滿足生產(chǎn)的需要，化學(xué)驅(qū)在油藏開(kāi)采中扮演著越來(lái)越重要的角色。
[0003] 聚合物驅(qū)是化學(xué)驅(qū)中較為重要的一種，它是指在水中加入少量高分子量的可溶性 聚合物，增加溶液粘度，減小流度比，增大波及系數(shù)來(lái)提高采收率的方法(Wever D A Z， Picchioni F,Broekhuis A A.Polymers for enhanced oil recovery:a paradigm for structure-property relationship in aqueous solution[J].Progress in Polymer Science,2011,36(11): 1558-1628.)。常見(jiàn)的聚合物驅(qū)包括耐溫抗鹽型聚合物、疏水締合聚 合物、兩性離子聚合物和梳形聚合物等，其中，兩性離子聚合物因其特有的反聚電解質(zhì)性能 而受到廣泛關(guān)注。兩性離子聚合物是指分子鏈中同時(shí)包含有陽(yáng)離子和陰離子基團(tuán)的聚合 物，陽(yáng)離子通常為叔胺或季錠鹽，陰離子可W是簇酸、橫酸或憐酸等，陰、陽(yáng)離子基團(tuán)可分別 位于不同的單體中，也可存在于同一單體中（何曉燕，周文瑞，徐曉君，等.兩性離子聚合物 的合成及應(yīng)用[J].化學(xué)進(jìn)展，2013,25(06): 1023-1030.)。在水溶液中，陰、陽(yáng)離子間產(chǎn)生靜 電吸附作用，會(huì)導(dǎo)致分子鏈卷曲，流體力學(xué)體積減小，降低溶液粘度;而在鹽溶液中，由于無(wú) 機(jī)鹽產(chǎn)生的屏蔽效應(yīng)，使得陰、陽(yáng)離子間的靜電力減小，分子鏈?zhǔn)鎻?，從而增大流體力學(xué)體 積，提高溶液粘度。因此，兩性離子聚合物具有較強(qiáng)的抗鹽能力（陳錫榮，黃鳳興.驅(qū)油用耐 溫抗鹽水溶性聚合物的研究進(jìn)展[J].石油化工，2009( 10): 1132-1137.)。
[0004] 甜菜堿是一類分子中同時(shí)含有r和陰離子基團(tuán)的兩性化合物，其結(jié)構(gòu)一般同時(shí)含 有締鍵部分和甜菜堿側(cè)基部分，運(yùn)使得運(yùn)種功能單體既具有聚合活性又具有電中性兩性離 子化特征。甜菜堿通常可分為簇酸甜菜堿和橫酸甜菜堿兩種，其中，橫酸甜菜堿型兩性單體 因其化學(xué)和熱穩(wěn)定性好、水化能力強(qiáng)且含有不易受溶液pH值影響的等數(shù)目季錠陽(yáng)離子和橫 酸鹽陰離子而更適用于油田驅(qū)油劑的開(kāi)發(fā)。McCormick等用橫酸甜菜堿3-(2-丙締酷胺基- 2-甲基丙基二甲胺）丙橫酸鹽（AMPDAPS)、4-(2-丙酷胺基-2-甲基丙基二甲胺）下酸鹽 (AMPDAB)與AM分別進(jìn)行共聚，并進(jìn)行了立元共聚，發(fā)現(xiàn)其溶液行為受共聚物的組成、抑值、 還有外加電解質(zhì)鹽的濃度和屬性影響，表現(xiàn)出明顯的反聚電解質(zhì)溶液行為(McCormick C., Hester R..Electrolyte and PH-Responsive Zwitterionic Copolymers of 4-(2-acrylamid〇-2-methyl propyl dimethyl-ammonio)butanoate with 3-(2-acrylamid〇-2-me thy I-propy !dimethyl ammonio)propanesulfonate: Synthesis and Characterization[J].Responsive Copolymers for Enhanced Petroleum Recovery, 1998,25~30.)。桂張良等人合成了4-乙締基-1-(3-橫丙基)化晚內(nèi)嗦鹽，并在水溶液中與 AM單體進(jìn)行自由基共聚合，獲得了同時(shí)含有正負(fù)離子集團(tuán)的橫酸甜菜堿兩性離子共聚物； 運(yùn)種橫酸甜菜堿兩性離子共聚物在化Cl和CaCh鹽溶液中的特性黏數(shù)都比純水中的大，表 現(xiàn)出明顯的反聚電解質(zhì)行為（桂張良，安全福.含橫酸甜菜堿兩性離子共聚物P(AM-c〇-VPPS)的合成及鹽溶液性質(zhì)[J].高分子學(xué)報(bào)，2009，（4): 363~368.)。
[0005] 基于W上觀點(diǎn)，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種新型橫酸鹽甜菜堿單體3-(3-甲基丙締酷胺基-1-二甲氨基丙基）-2-徑基丙基橫酸鋼（MPAS)，并與丙締酷胺（AM)、丙締酸二甲氨基乙醋 (DMEA)共聚合成一種新型聚合物驅(qū)油劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種含橫酸鹽甜菜堿型丙締酷胺共聚物驅(qū)油劑，增強(qiáng)驅(qū)油劑 的粘彈性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。
[0007] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種含橫酸鹽甜菜堿型丙締酷胺共聚物驅(qū)油劑的合 成方法，解決現(xiàn)有驅(qū)油劑制備工藝復(fù)雜、產(chǎn)率低和成本高的問(wèn)題。
[0008] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種含橫酸鹽甜菜堿型丙締酷胺共聚物驅(qū)油劑在油 田上的應(yīng)用。
[0009] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種橫酸鹽甜菜堿的合成方法。
[0010]為了達(dá)至化述目的，本專利采用W下技術(shù)方案：
[0011 ]提供一種含橫酸鹽甜菜堿型丙締酷胺共聚物AM/DMEA/MPAS，其結(jié)構(gòu)由丙締酷胺 (AM)、3-(3-甲基丙締酷胺基-1-二甲氨基丙基)-2-徑基丙基橫酸鋼(MPAS)、丙締酸二甲氨 基乙醋(DMEA)組成，結(jié)構(gòu)式如（I)所示：
[0012]
[OOU] 式中，X、y、z為聚合度。制備該聚合物的單體原料質(zhì)量投料比為AM:MPAS:DMEA = 94.90:5.00:0.Io
[0014] 本發(fā)明所設(shè)及的單體3-(3-甲基丙締酷胺基-1-二甲氨基丙基)-2-?基丙基橫酸 鋼(MPAS)的合成路線如（n)所示：
[0015]
[0016] 本發(fā)明所設(shè)及的單體3-(3-甲基丙締酷胺基-1-二甲氨基丙基)-2-徑基丙基橫酸 鋼(MPAS)的合成方法如下：
[0017] (1)在250mL^ 口瓶中加入0.12mol亞硫酸氨鋼和IOOmL去離子水，攬拌溶解；
[001引（2)加熱至85°C，緩慢滴加0.1mol環(huán)氧氯丙烷，滴加完畢后反應(yīng)3.化；
[0019] (3)反應(yīng)完后冷卻至室溫，抽濾，固體用去離子水重結(jié)晶3次，得到白色3-氯-2-徑 基-丙橫酸鋼固體；
[0020] (4)將N-二甲氨基丙基甲基丙締酷胺溶于與70%乙醇溶液中，緩慢滴加上述制得 的3-氯-2-徑基-丙橫酸鋼水溶液，N-二甲氨基丙基甲基丙締酷胺與3-氯-2-徑基-丙橫酸鋼 摩爾比為1.2:1;
[0021] (5)加熱至70°C，反應(yīng)6~8小時(shí)；
[0022] (6)反應(yīng)完成后，冷卻，旋蒸，用乙醇洗3次，抽濾，得到淡黃色固體。
[0023] 本發(fā)明所提供的一種含橫酸鹽甜菜堿型丙締酷胺共聚物驅(qū)油劑的合成路線如式 (虹)所示：
[0024]
畑)
[0025] 共聚物M/DMEA/MPAS的制備方法，包含W下步驟：
[0026] (1)在250mLS 口燒瓶中按單體質(zhì)量投料比例分別投入AA、MPAS和DMEA，加入適量 去離子水，調(diào)節(jié)單體總質(zhì)量百分濃度為25wt%。在300~40化pm條件下，攬拌IOmin使體系分 散均勻；
[0027] (2)在40°C下，通入氮?dú)?0min，之后加入引發(fā)劑過(guò)硫酸錠和亞硫酸氨鋼(過(guò)硫酸錠 和亞硫酸氨鋼摩爾比為1:1)，引發(fā)劑加入量為單體總質(zhì)量的0.4% ;
[0028] (3)在反應(yīng)溫度為40°C下，通入氮?dú)?0-20min，繼續(xù)反應(yīng)化；
[0029] (4)反應(yīng)完成后，用無(wú)水乙醇洗涂反應(yīng)產(chǎn)物S次，粉碎，烘干，制得AM/DMEA/MPASS 元共聚物。
[0030] 其中，丙締酷胺，即AM,是聚合物驅(qū)油劑中常用的單體原料之一。部分水解的丙締 酷胺不僅能夠提高水相粘度，還可W降低水相的有效滲透率，從而有效改善流度比、擴(kuò)大注 入水波及體積。
[0031] 3-(3-甲基丙締酷胺基-1-二甲氨基丙基)-2-徑基丙基橫酸鋼，即MPAS，在其分子 結(jié)構(gòu)中含有橫基甜菜堿兩性離子基團(tuán)。橫酸基團(tuán)是強(qiáng)親水基團(tuán)，使聚合物具有良好的水溶 性，同時(shí)具有很好的耐溫性。兩性離子具有明顯的反聚電解質(zhì)效應(yīng)，有很好的抗鹽性能。
[0032] 丙締酸二甲氨基乙醋，即DMEA，可提高聚合物的粘彈性。
[0033] 本發(fā)明具有良好的增粘性、粘彈性、和耐鹽抗溫性，能有效提高原油采收率，并且 其制備工藝簡(jiǎn)單、原料易得、成本低、環(huán)境污染小，應(yīng)用前景較好。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1為實(shí)施實(shí)例1所得產(chǎn)物的紅外譜圖；
[0035] 圖2為實(shí)施實(shí)例3所得產(chǎn)物的紅外譜圖；
[0036] 圖3為共聚物驅(qū)油劑M/DMEA/MPAS表觀粘度與溶液濃度的關(guān)系；
[0037] 圖4為共聚物驅(qū)油劑M/DMEA/MPAS表觀粘度與剪切速率的關(guān)系；
[0038] 圖5為共聚物驅(qū)油劑M/DMEA/MPAS表觀粘度與溫度的關(guān)系
[0039] 圖6為共聚物驅(qū)油劑M/DMEA/MPAS表觀粘度與NaCl濃度的關(guān)系；
[0040] 圖7為共聚物驅(qū)油劑M/DMEA/MPAS表觀粘度與MgCl2濃度的關(guān)系；
[0041 ] 圖8為共聚物驅(qū)油劑M/DMEA/MPAS表觀粘度與化Cl2濃度的關(guān)系；
[0042] 圖9為共聚物驅(qū)油劑M/DMEA/MPAS室內(nèi)模擬提高采收率化OR)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 實(shí)施實(shí)例1:3-(3-甲基丙締酷胺基-1-二甲氨基丙基)-2-徑基丙基橫酸鋼的合成
[0044] (1)在250mLS 口瓶中加入0.12mol亞硫酸氨鋼和IOOmL去離子水，攬拌溶解；
[0045] (2)加熱至85°C，緩慢滴加0.1mol環(huán)氧氯丙烷，滴加完畢后反應(yīng)3.化；
[0046] (3)反應(yīng)完后冷卻至室溫，抽濾，固體用去離子水重結(jié)晶3次，得到白色3-氯-2-徑 基-丙橫酸鋼固體；
[0047] (4)將N-二甲氨基丙基甲基丙締酷胺溶于與70%乙醇溶液中，緩慢滴加上述制得 的3-氯-2-徑基-丙橫酸鋼水溶液，N-二甲氨基丙基甲基丙締酷胺與3-氯-2-徑基-丙橫酸鋼 摩爾比為1.2:1;
[004引（5)加熱至70°C，反應(yīng)6~8小時(shí)；
[0049] (6)反應(yīng)完成后，冷卻，旋蒸，用乙醇洗3次，抽濾，得到淡黃色固體。
[0050] 實(shí)施實(shí)例2:3-(3-甲基丙締酷胺基-1-二甲氨基丙基)-2-徑基丙基橫酸鋼結(jié)構(gòu)表 征
[0051] 通過(guò)實(shí)施實(shí)例1合成的3-(3-甲基丙締酷胺基-1-二甲氨基丙基)-2-徑基丙基橫酸 鋼紅外譜圖如圖1所示。由圖1可知，3586cnfi和3520cm-i處為O-H伸縮振動(dòng)峰;3356cm-i處為 酷胺