一種含β-環糊精結構的聚合物粘土穩定劑及其合成方法

2023-12-01 15:54:21 3

專利名稱：一種含β-環糊精結構的聚合物粘土穩定劑及其合成方法
技術領域：
本發明涉及ー種石油エ業用於油井抑制粘土膨脹的聚合物粘土穩定劑及其合成方法。
背景技術：
粘土礦物(Clay mineral)廣泛存在於油層中，全世界97 %的油層都不同程度地含有粘土礦物。如果在開發過程中措施不當，就會造成粘土礦物水化膨脹(Hydrationexpansion)、分散(Dispersion)和運移(Migration),從而堵塞地層孔隙結構的喉部，降低地層的滲透性，產生地層損害。因此，對粘土含量高、水敏性強的儲層，在鑽井、固井、注水、壓裂、酸化、修井和壓井等任何エ藝措施中，只要有水基工作液的侵入，都有可能引起水敏傷害。故使用粘土穩定劑(Clay stabilizer)成為了解決這ー難題的有效手段。
目前，粘土穩定劑根據化學組成的不同可分為四大類(J.Swensonetal.Interlayer Structure of a Clay-Polymer-Salt-Water System. Langmuir 2001,17
(13):3813 - 3818 ;陳智敏.粘土穩定劑合成及評價研究進展.化學工程與裝備.2009，8 :130-150) o其中無機鹽類粘土穩定劑貨源廣、價格低、使用維護簡單，但只能暫時穩定粘土顆粒，不耐衝刷，且這類粘土穩定劑不能產生多點吸附，如KC1、NaCl, CaCl2等(Boek，E. b et al. Monte carlo molecular modeling studies of hydrated Li , Na , and KSmectites Understanding the Role of Potassium as a Clay Swelling Inhibitor. J.Am. Chem. Soc. , 1995,117 (50) : 12608 - 12617 ;劉向君等.溶液礦化度及加量對鈉-蒙脫石晶間距的影響研究.巖土力學.2011，32(1) :137-140)。無機陽離子類粘土穩定劑的優點是吸附作用強，可抗水衝洗，缺點是會使地層轉變成親油性(葉堅等.低滲透油田粘土穩定劑研製.大慶石油地質與開發.2007，26 (4):92-95)。有機陽離子聚合物類使用範圍廣，穩定效果好，有效時間長，既能抑制粘土的水化膨脹又能控制微粒的分散運移，且抗酸、鹼、油、水的衝洗能力都較強，主要以季銨鹽型及聚季銨鹽型粘土穩定劑為主，如 聚ニ甲基ニ烯丙基氯化銨(PDMDAAC)(宮本敬等.低分子質量PDMDAAC粘土穩定劑的合成.遼寧化工.2009，38 (4) :229-232)，聚三甲基烯丙基氯化銨(PTMAAC)(馮莉等.季銨鹽單體在蒙脫土中的插層原位聚合反應.高等學校化學學報.2006，11:2213-2216)。兩性離子聚合物類粘土穩定劑耐溫抗鹽性能好，抑制粘土水化膨脹能力強，越來越受到各大油氣田開發者的廣泛關注(劉燕等.新型兩性離子粘土穩定劑的合成與性能評價.化學與生物工程 2011，28 (6) : 53-55)。ガ-環糊精(ガ-Cyclodextrin)是由7個葡萄糖分子連接而成的環狀結構化合物，主體構型像個中間有空洞，兩端不封閉的筒。在空洞結構中，空腔內由於受到C一H鍵的屏蔽作用形成了疏水區。較大開ロ端(上端)由C2和C3的仲羥基構成，較小開ロ端(下端)由C6的伯羥基構成，具有親水性(廖才智.ガ-環糊精的應用研究進展.化工科技.2010，18(5) :69-72)。利用這個特殊的筒結構，ガ-環糊精可與許多無機、有機分子結合成主客體包合物，井能改變被包合物的化學和物理性質，具有保護、穩定、增溶客體分子和選擇性定向分子的特性。將ガ-環糊精結構引入聚合物鏈上，將極大地増加共聚物的水溶性，並利用其包合性能使聚合物更易吸附在粘土的表面從而降低粘土和水接觸的機會，大大地抑制粘土的水化膨脹。基於此，設計合成ー種水溶性ガ-環糊精衍生物2-0-(烯丙氧基-2-羥基丙基)-/ -環糊精，並與丙烯醯胺、丙烯酸鈉、2-丙烯醯胺基-甲基丙磺酸共聚合成ー種新型的粘土穩定劑。

發明內容
本發明的目的在於為了使聚合物具有良好的耐溫耐鹽、抗剪切性以及吸附能力，能較好地抑制粘土的水化膨脹，特提供ー種含ガ-環糊精結構的聚合物粘土穩定劑及其合成方法。本發明採用以下技術方案
ー種含ガ-環糊精結構的聚合物粘土穩定劑，是由丙烯醯胺代號 AM，丙烯酸鈉代號NaAA, 2-丙烯醯胺基-甲基丙磺酸代號AMPS，2-0-(烯丙氧基_2_羥基丙基)-環糊精代號XBH四種結構單元構成的AM/NaAA/AMPS/XBH四元聚合物，其結構式為
權利要求
1.一種含環糊精結構的聚合物粘土穩定劑，其特徵在於該聚合物粘土穩定劑是包含丙烯醯胺代號AM、丙烯酸鈉代號NaAA、2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸代號AMPS和2-0-(烯丙氧基-2-羥基丙基)-盧-環糊精代號XBH四種結構單元構成的AM/NaAA/XBH/AMPS四元聚合物；單體XBH的製法在單口燒瓶中加入一定量I. 5%的氫氧化鈉溶液，降至室溫後，加入O. OfO. 05 mo I P-環糊精攪拌至澄清後，在室溫下滴加與P-環糊精等摩爾的I-烯丙氧基-2，3-環氧丙烷(AGE)，5min滴完，反應5_7h，反應完後，用85%磷酸中和，減壓過濾除去未反應完的β -環糊精，濾液用乙醇溶解，並離心，分離出鹽，將上清液減壓蒸餾得淡黃色粘稠的液體ΧΒΗ。
2.根據權利要求I所述的聚合物粘土穩定劑，其合成特徵是在250ml三頸燒瓶加入質量百分比為AM NaAA AMPS XBH = 35 54. 8% : 15 25% :8 20% :0. 2%的單體，配成單體總質量百分濃度為20%的水溶液，用NaOH溶液調節pH為7，通氮氣20min ;然後加入引發劑過硫酸銨溶液和亞硫酸氫鈉溶液，過硫酸銨和亞硫酸氫鈉摩爾比為I: I，引發劑加入量為單體總質量的O. 5%，繼續通入氮氣10-20min，在溫度35 °C下反應4_12h ;最後用無水乙醇洗滌三次，粉碎、烘乾、製得AM/NaAA/AMPS/XBH四元聚合物。
3.根據權利要求2所述的聚合物粘土穩定劑，其應用特徵是依據中國石油天然氣行業標準SY/T 5971294粘土穩定劑性能評價方法中頁巖膨脹儀法測定防膨率將上述四元聚合物配製成濃度為6000 mg/L水溶液，使用智能高溫高壓頁巖膨脹儀(NP-3)型測定5g鈉蒙脫土分別在純水和聚合物溶液中的膨脹高度，通過計算得該粘土穩定劑對鈉蒙脫土的防膨率可達84. 37%。
全文摘要
本發明涉及一種用於油井抑制粘土水化膨脹的含β-環糊精結構的聚合物粘土穩定劑及合成方法。其技術方案是所用原料及單體質量百分比為，丙烯醯胺AM丙烯酸鈉NaAA2-丙烯醯胺基-甲基丙磺酸AMPS2-O(丙烯氧基-2-羥基丙基)-β-環糊精XBH=35~54.8%15~25%8~20%0.2%；先在燒瓶中加入0.02gXBH、2gAMPS，再加入5.48gAM和1.915gAA及0.585gNaOH，配成單體質量百分濃度為20%水溶液，通氮氣20min；然後加入(NH4)2S2O8和NaHSO3溶液，繼續通氮氣10-20min，在35oC下反應4-12h；最後用無水乙醇洗滌、粉碎、烘乾，製得AM/NaAA/AMPS/XBH四元聚合物。本聚合物具有良好的水溶性、增粘性、耐溫耐鹽性、抗剪切性及抑制粘土膨脹能力，對鈉-蒙脫土的防膨率可達84.37%。
文檔編號C08B37/16GK102618237SQ20121005217
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月2日 優先權日2012年3月2日
發明者劉向君, 劉曼, 葉仲斌, 苟紹華, 蔣文超 申請人:西南石油大學