CN105037621B - 一种改性卤水减阻剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性卤水减阻剂及其制备方法，其特征在于，非离子单体、耐温耐盐单体、阴离子单体在氧化还原引发体系中进行水溶液聚合，得改性卤水减阻剂；所述的非离子单体为丙烯酰胺，所述的耐温耐盐单体为2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸，所述的阴离子单体为衣康酸。此减阻剂不仅减阻性能好、适用范围广，而且合成简单、成本较低。经实验，本发明所涉及的卤水改性减阻剂对各矿化度的模拟卤水均有较好的减阻性能和耐温抗盐性能，其中对150g/L的模拟卤水,流量为950L/h，温度为25℃时，其减阻率可达到36.8％。
Description
技术领域
本发明属于高分子功能材料制备技术的领域，特别涉及一种改性卤水减阻剂及其制备方法。
背景技术
近年来，我国浅层地下卤水资源正逐渐枯竭，人们越来越重视埋藏深度达数千米的深层地下卤水的开采。但深层地下卤水在采、输卤过程中能耗较高，如何降低采、输卤管道的流动阻力，减少采、输能耗，是深层地下卤水能否经济开采的关键技术难题。
目前，聚丙烯酰胺是应用最广泛的水溶性减阻剂，在清水中具有优良的减阻性能，但由于深层地下卤水的开采存在温度较高、高盐、高压的特点，使其在卤水中的减阻性能大大降低。一些含有磺酸基、羧基等亲水性基团和庞大侧基的乙烯基聚合单体被用来与丙烯酰胺进行共聚改性，以提高其对于温度和盐度的耐受性。到现在为止聚(丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-衣康酸)减阻剂还未见报道。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种卤水改性减阻剂及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种改性卤水减阻剂，所述卤水减阻剂为聚(丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-衣康酸)，其结构式为：
其中，m、n、p为非零的自然数，聚(丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-衣康酸)的分子量在3×106以上。
本发明还提供了一种改性卤水减阻剂及其制备方法，非离子单体、耐温耐盐单体、阴离子单体在氧化还原引发体系中进行水溶液聚合，得改性卤水减阻剂；所述的非离子单体为丙烯酰胺，所述的耐温耐盐单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，所述的阴离子单体为衣康酸。
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸分子中含有水溶性好、阴离子性强的磺酸基团，对外界阳离子进攻不敏感，体现出良好的抗盐性能，其庞大侧基还可以提高聚合物的耐温性能。衣康酸分子中的羧基可以螯合卤水中的钙、镁离子，降低高聚物分子的水解度，提高聚合物抗盐性能。
优选的是，所述衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺的质量比为(0.15-0.25)：1：5。
优选的是，所述体系中，单体的总质量与溶剂质量比为1:(2.5-3)。
过氧化物引发剂和偶氮类引发剂分解温度较高(50～100℃)，限制了在低温聚合反应的应用。氧化还原引发体系是利用氧化剂和还原剂之间的电子转移所生成的自由基引发聚合反应。因此氧化还原引发剂较之热分解引发剂具有可以在较低温度(0～50℃)下引发聚合反应，其优点可以提高反应速率，降低能耗。本发明对引发剂的组合进行优选后发现，采用过硫酸钾/亚硫酸氢钠作为氧化还原引发剂可有效降低衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺聚合反应的活化能，在较低温度下引发反应。
优选的是，所述引发剂的质量占单体总质量的百分比为0.02％-0.06％。
本发明中反应温度对聚合产物的性能有较大影响，温度过高会使分子量下降，减阻性能变差。因此，本发明通过引发剂的选取和产物的优选，在保证聚合反应效率的前提下，实现了衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺单体的低温聚合，优选的反应条件为：于无氧条件下，在40-60℃温度反应3-6小时。
优选的是，聚合反应完成后，将反应液于密封条件下静置24-30小时，使聚合产物稳定成型，不溶杂质和未反应的单体分层析出。
上述的改性卤水减阻剂应用于卤水开采过程。
产物的分子结构采用TENSOR 37红外光谱仪表征。产物的减阻性能采用室内减阻率测试环道进行测试评价。
本发明的有益效果是，本方法通过制备了卤水改性减阻剂。该产品减阻效果好，且具有很好地抗盐性能和较好的耐温性能。
本发明所涉及的卤水改性减阻剂不仅减阻性能好、适用范围广，而且合成简单。经实验，本发明所涉及的卤水改性减阻剂对各矿化度的模拟卤水均有较好的减阻性能和耐温耐盐性能，其中对150g/L的模拟卤水,流量为950L/h，温度为25℃时，其减阻率可达到36.8％。
附图说明
图1为本发明实施例1聚合产物减阻率与减阻剂用量间的关系曲线。
图2为本发明实施例1聚合产物减阻率与流量间的关系曲线。
图3为本发明实施例1聚合产物减阻率与模拟卤水矿化度间的关系曲线。
图4为本发明实施例1聚合产物减阻率与模拟卤水温度间的关系曲线。
图5为合成的聚(丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-衣康酸)的红外光谱图。
具体实施方式
下面通过具体实例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：
聚(丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-衣康酸)卤水减阻剂的制备方法，步骤如下：
(1)按衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺质量比(0.15:1:5)，单体总量与溶剂质量比(1:3)称取丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、衣康酸，加入到75毫升水中，然后通入氮气驱氧30min，加入占单体总质量0.02％的氧化还原引发剂，冷凝回流，在40℃温度下反应6小时。
(2)得到的反应液用玻璃纸密封，室温静置24h，即得凝胶状卤水减阻剂。
合成的聚(丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-衣康酸)分子量在3×106以上。
经测定，在150g/L的模拟卤水中,流量为950L/h，温度为25℃时，其减阻率可达到36.8％。
合成的聚(丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-衣康酸)通过红外光谱仪进行分析。如图5所示。从图5可知，在1640cm-1处C＝C特征吸收峰消失，且665㎝-1到970cm-1C＝C-H单键振动吸收峰消失，说明单体发生了共聚反应。红外图谱说明成功合成聚(丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-衣康酸)。
将合成的聚(丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-衣康酸)对一定矿化度的模拟卤水进行减阻率测试。将聚(丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-衣康酸)溶于一定量水中，减阻率测试环道水槽中注入50L一定矿化度的模拟卤水，打开电磁泵，待压力表读数稳定时读取管路两端压力表示数，计算压力差ΔP0；将上述聚合物溶液加入到模拟卤水中，搅拌5min，打开电磁泵，待压力表读数稳定时读取管路两端压力表示数，计算出压力差ΔP。温度区间为25℃-50℃，流量区间为800L/h-1000L/h；矿化度区间为0g/L-250g/L；减阻剂用量区间为0ppm-80ppm。减阻剂减阻率(DR)的计算方法如下：
式中：ΔP0—未加减阻剂时某直管段流体的压力降，Pa；ΔP—加入减阻剂后相同直管段流体的压力降,Pa。
结果如图1、图2、图3、图4所示。
图1为减阻率与减阻剂用量间的关系曲线，由图1知，在25℃，900L/h，150g/L矿化度的模拟卤水中，当减阻剂用量小于20ppm时，减阻率随减阻剂用量增加增长较快，20ppm时可达29.2％；之后减阻率增长趋势放缓，80ppm时减阻率可达44.8％。
图2为减阻率与流量间的关系曲线，由图2可知，在25℃，150g/L矿化度的模拟卤水中，减阻剂用量为20ppm时，当模拟卤水流量小于950L/h时，减阻率随流量增加而增加，之后减阻率出现下滑趋势，950L/h时减阻率可达36.8％。
图3为减阻率与模拟卤水矿化度间的关系曲线，由图3可知，在25℃，900L/h的模拟卤水中，减阻剂用量为20ppm时，减阻率随模拟卤水矿化度的增加而降低，在250g/L模拟卤水中减阻率依然可维持在26.5％。
图4为减阻率与模拟卤水温度间的关系曲线，由图4可知，在900L/h，150g/L的模拟卤水中，减阻剂用量为20ppm时，减阻率随温度的增加而逐渐下降，在50℃时其减阻率为16.4％。
实施例2：聚(丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-衣康酸)卤水减阻剂的制备方法，步骤同实例1，不同之处是,引发剂用量0.03％代替0.02％。经测定，在150g/L的模拟卤水中,流量为950L/h，温度为25℃时，其减阻率可达到30.5％。
实施例3：聚(丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-衣康酸)卤水减阻剂的制备方法，步骤同实例1，不同之处是,反应时间4h代替6h。经测定，在150g/L的模拟卤水中,流量为950L/h，温度为25℃时，其减阻率可达到34.6％。
实施例4：聚(丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-衣康酸)卤水减阻剂的制备方法，步骤同实例1，不同之处是,温度50℃代替40℃。在150g/L的模拟卤水中,流量为950L/h，温度为25℃时，其减阻率可达到28.6％。
实施例5：聚(丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-衣康酸)卤水减阻剂的制备方法，步骤同实例1，不同之处是,衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺质量比(0.2:1:5)代替(0.15:1:5).经测定，在150g/L的模拟卤水中,流量为950L/h，温度为25℃时，其减阻率可达到27.9％。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种深层地下卤水用改性卤水减阻剂，其特征在于，所述卤水减阻剂为聚(丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-衣康酸)，其结构式为：
其中，m、n、p为非零的自然数，聚(丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-衣康酸)的分子量在3×106以上；
其中，衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺单体的质量比为0.15-0.25：1：5。
2.一种如权利要求1所述的改性卤水减阻剂的制备方法，其特征在于，非离子单体、耐温耐盐单体、阴离子单体在氧化还原引发体系中进行水溶液聚合，得改性卤水减阻剂；所述的非离子单体为丙烯酰胺，所述的耐温耐盐单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，所述的阴离子单体为衣康酸。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺的质量比为0.15-0.25：1：5。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，单体的总质量与溶剂质量比为1:2.5-3。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征是，所述的引发体系为质量比为1：1的过硫酸钾/亚硫酸氢钠。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征是，所述的引发体系的质量占单体总质量的百分比0.02％-0.06％。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述聚合反应条件为：于无氧条件下，在40-60℃温度反应3-6小时。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，聚合反应完成后，将反应液于密封条件下静置24-30小时。
9.如权利要求1所述的改性卤水减阻剂应用于卤水开采过程。
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