CN110204651B - 一种疏水缔合聚合物及合成工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种疏水缔合聚合物及合成工艺，其特征在于各原料重量份为，纯水320‑360份，乙二胺四乙酸二钠（Edta‑2Na）0.25‑0.75份，小苏打25‑35份，丙烯酸18‑22份，氯化钾12‑18份，丙烯酰胺95‑105份，尿素15‑20份，单体25‑30份，其中，Edta‑2Na携沙性2±0.1h沉降小于20%，干粉0.25%粘度21‑27。本发明与上述现有技术相比操作简单，生产成本低，产品质量稳定，对环境污染影响极低。同时本发明具有原料来源广，生产操作简单、成本低，对环境影响小；产品质量稳定，溶解性好、耐温耐盐、抗剪切、粘度高等优点，可适用于中低温油气藏压裂施工和三次采油。

Description

一种疏水缔合聚合物及合成工艺
技术领域
本发明属于油田化学品疏水缔合技术领域，具体涉及一种疏水缔合聚合物及合成工艺。
背景技术
疏水缔合聚合物(HAWP)是指在聚合物亲水性大分子链上带有少量疏水基团的水溶性聚合物。其溶液具有独特的性能，在水溶液中，此类聚合物的疏水基团由于疏水作用而发生聚集，使大分子链产生分子内和分子间缔合。当聚合物浓度高于某一临界浓度(CAC)后，大分子链通过疏水缔合作用聚集，形成以分子间缔合为主的超分子结构—动态物理交联网络，流体力学体积增加，溶液粘度大幅度升高，小分子电解质的加入和升高温度均可增加溶剂的极性，使疏水缔合作用增强。
疏水聚合物优点：(1)增粘及抗温、抗盐能力强；(2)抗剪切能力强；(3)岩心流动有较大的阻力系数与残余阻力系数。
疏水缔合聚合物需要继续改进的方面有以下几点：(1)溶解性。缔合基的存在对溶解性有影响，疏水基团的硫水性愈强(比如R基愈长)，对溶解性影响愈大，而疏水基在分子中含量愈高，则溶解性愈差。疏水基不同，影响程度不同。(2)注入性。早期研制的聚合物样品和中试产品，在试验中发现注入性不好，压力不断升高，经岩心后的溶液聚合物损失很大；(3)临界浓度。缔合聚合物溶液浓度低于其粘度的临界浓度，则其直接测定的粘度比高相对分子质量HPAM的低；若临界浓度过高，如大于600mg/L，则会影响其实际影用效果。(4)聚合物溶液的稳定性。研究中发现缔合聚合物溶液的高粘度随老化时间增长而下降。甚至出现陡然下降的现象。这种现象用一般聚合物防止热氧降解的办法无明显效果，有着与一般聚合物溶液不同的降解原因。
现有技术中，如CN200810015684.7《一种阳离子型疏水缔合聚合物及其制备方法与应用》，所述的阳离子型疏水缔合聚合物是以丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸丁酯为合成单体，通过常规的自由基胶束聚合方法，并使用复合引发体系，添加助剂尿素制得。该发明的阳离子型疏水缔合聚合物具有分子量高、产品稳定性好、对胶体物质的吸附架桥能力强、絮凝效果好、适用范围广、产生的污泥量少、具有疏水缔合作用等特点，可广泛应用于油田含油废水的处理。
CN01115319.9《高分子量疏水缔合型聚合物,它的制备方法和它在石油开采中的用途》，该聚合物是通过采用75～98重量份的丙烯酰胺，1～15重量份的疏水性单体，在低温复合引发体系和表面活性剂的存在下，引发上述疏水性单体与丙烯酰胺在自由基胶束水溶液中共聚而制得的。它是一种分子量在900-1400万、溶解时间小于2小时的新型耐温耐盐的高分子聚合物，可作为增粘剂用于石油开采。
CN201310435118.2《两性疏水缔合聚合物及其制备方法》，主要解决现有技术中存在的聚合物耐温抗盐及抗剪切性能差，不能满足三次采油要求的问题。该发明通过采用一种两性疏水缔合聚合物，以聚合物重量份数计，包含5～99.9份的非离子水溶性单体；0～50份阴离子单体或/和阳离子单体；0.1～10份的具有表面活性的疏水单体的技术方案，较好的解决了该问题，可用于油田三次采油用聚合物的工业生产和应用。
CN201310031615.6《一种疏水缔合阳离子聚丙烯酰胺的制备方法》，该方法具体步骤如下：第一步，在反应装置中依次加入蒸馏水、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵单体和丙烯酰胺单体搅拌均匀至完全溶解形成单体水溶液，其中蒸馏水作为溶剂，记丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵单体和丙烯酰胺单体为总单体；反应体系中总单体质量分数为20％～50％，丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵单体和丙烯酰胺单体的物质的量之比为1:4～20；第二步，在上述单体水溶液中，加入占总单体质量1.0％～4％的尿素作为增溶剂，加入占总单体质量0.01％～0.15％的乙二胺四乙酸二钠作为金属螯合剂，再加入无机酸和无机碱将单体水溶液的pH值调节为2～9；向反应装置充入高纯氮排除反应装置中的空气，再向单体水溶液中加入占总单体质量0.02％～0.4％的引发剂，搅拌均匀，然后继续向反应装置充入高纯氮，将反应装置中的空气完全排除后，将反应装置密封；所述引发剂为偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐VA-044或偶氮二异丙基咪唑啉VA-061；第三步，在室内温度环境下，将第二步中密封后的反应装置放入紫外光反应装置中，在紫外光照射下进行引发聚合，20min～90min后取出，静置熟化1小时以上，制得胶状疏水缔合阳离子聚丙烯酰胺；第四步，将第三步得到的胶状疏水缔合阳离子聚丙烯酰胺制成颗粒状，烘干、研磨后制得疏水缔合阳离子聚丙烯酰胺固体粉末。本方法的优点在于两种单体可直接通过水溶液聚合，无需加入表面活性剂，工艺简单，聚合反应时间短，且反应过程中无需控温，降低了能耗，减少了生产成本。
CN201310616000.X《一种疏水缔合聚合物的复合引发剂及聚合物的制备方法》，该复合引发剂由如下重量份配比的原料制成：过硫酸钾1-10、过硫酸铵1-10、过氧化二苯甲酰0.5-5、亚硫酸氢钠1-10、亚硫酸钠1-10、三乙醇胺0.1-1、尿素0.5-5、硫脲0.5-5、偶氮二异丁腈0.05-0.5、偶氮二异丁脒盐酸盐0.05-0.5。该方法按如下步骤进行：a.在磁力搅拌状态下，依次将乙二胺四乙酸二钠、甲酸钠、十二烷基硫酸钠、丙烯酰胺、AMPS-Na、DiC8AM加入到去离子水中，充分搅匀；b.向a步骤的混合溶液中通入高纯氮气，然后加入复合引发剂聚合，得疏水缔合聚合物胶体；c.将b步骤的疏水缔合聚合物胶体粗碎后加入氢氧化钠水解，然后在鼓风干燥箱中进行干燥，粉碎得产品。
CN201711085855.9《一种疏水缔合型阳离子聚丙烯酰胺的制备方法》，在非离子型表面活性剂存在条件下，向反应装置中加入一定比例丙烯酰胺单体、阳离子单体、低分子量阴离子聚合物和去离子水搅拌至完全均匀形成胶束共聚合体系，之后往该胶束共聚合体系中添加少量增溶剂尿素和光敏引发剂搅拌均匀，待装置内氧气排尽后密封装置并放置于紫外光反应装置中进行光引发胶束共聚和反应，得到疏水缔合型嵌段结构阳离子聚丙烯酰胺胶体，最后将所得胶体进行提纯精炼和干燥造粒得到最终产物。该发明制备的产品兼有疏水缔合性、阳离子基团集中分布、电中和能力强分子量高等优点，絮凝性能良好，可广泛应于多种污水处理和污泥脱水工艺。
发明内容
本发明提供了一种新的疏水缔合聚合物及合成工艺，本发明疏水缔合聚合物主要用在中低温油气藏压裂施工和三次采油，增强了疏水缔合聚合物的溶解性、耐温耐盐性和抗剪切性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明技术方案之一，一种疏水缔合聚合物，各原料重量份为，纯水320-360份，乙二胺四乙酸二钠(Edta-2Na)0.25-0.75份，小苏打25-35份，丙烯酸18-22份，氯化钾12-18份，丙烯酰胺95-105份，尿素15-20份，十六烷基烯丙基氯化铵单体25-30份，其中，Edta-2Na携沙性2±0.1h沉降小于20％，干粉0.25％粘度21-27。
进一步，纯水340份，Edta-2Na 0.5份，小苏打30份，丙烯酸19份，氯化钾15份，丙烯酰胺100份，尿素17.4份，十六烷基烯丙基氯化铵单体27份。
本发明技术方案之二，一种疏水缔合聚合物合成工艺，包括以下步骤：
(1)、向反应釜加入纯水，开启反应釜搅拌电机，调节转速为18±2r/min；加入二胺四乙酸二钠。搅拌时间5±0.5分钟；再缓慢加入小苏打，搅拌时间30±3分钟，至料液变为澄清为止；
(2)、调节转速为8±0.8r/min，缓慢加入丙烯酸，加料时间30±3分钟，防止反应釜内产生大量气泡；待反应釜内气泡消失后，调节转速为15±1.5r/min，再加入KCl，搅拌10±1分钟；
(3)开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10±1分钟(循环过程中用温度计测料液温度，若超过20℃，立即停止循环)。
(4)、关闭循环系统阀门，调节转速为18±2r/min，再缓慢加入酰胺，酰胺加料时间20±2分钟，防止大量结块(发现酰胺大量结块应经外力破碎后再投入反应釜)，加完后，搅拌20±2分钟；丙烯酸、酰胺投料过程应穿戴防静电工作服，佩戴耐酸碱橡胶手套、口罩和护目镜，不能皮肤直接接触物料；再加入尿素，搅拌至原料已经完全溶解，料液澄清，调节转速为12±1r/min，搅拌10±1分钟；调节转速为8±0.5r/min，以1±0.1L/min的速度缓慢加入十六烷基烯丙基氯化铵单体溶液，防止大量泡沫产生，溢出釜口；调节转速为12±1r/min，搅拌10±1分钟；
(5)、开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10±1分钟；用温度计测料液温度，若高于0℃，用冷冻盐水对反应釜适当循环降温，但应避免低于-2℃；
(6)、缓慢加入引发剂体系，打开釜底气阀门，向釜内排空气5±1秒钟，调节转速为6-8r/min，准备放料，放料完毕，把胶体推入烘房，在90℃条件下水解3±0.1个小时，然后拉出烘房，得疏水缔合聚合物。
本发明技术方案之三，上述的一种疏水缔合聚合物在中低温油气藏压裂施工和三次采油中的应用。
本发明与上述现有技术相比操作简单，生产成本低，产品质量稳定，对环境污染影响极低。
同时本发明具有原料来源广，生产操作简单、成本低，对环境影响小；产品质量稳定，溶解性好、耐温耐盐、抗剪切、粘度高等优点，可适用于中低温油气藏压裂施工和三次采油。
相比现有技术中疏水缔合聚合物的常用组分：乙二胺四乙酸二钠、丙烯酰胺、尿素，本发明采用乙二胺四乙酸作为杂质离子螯合剂，丙烯酰胺、丙烯酸、十六烷基烯丙基氯化铵为共聚单体，以复合引发体系低温引发，反应过程易于控制，可防止产生暴聚，减少酰亚胺化交联，并提高了反应转化率。大分子疏水侧链的引入，提高了聚合物疏水缔合结构强度，使其具有更好的增粘性和携砂能力，同时具有疏水缔合作用剪切恢复的通性，增强了聚合物抗剪切性能。本发明属于共聚前水解工艺，产品水解度可控可调，水解均匀，溶解性能好，胶体可借助外温熟化，也可依靠自身聚合热完成熟化，具有工艺设备简单、低能耗、低成本和产品质量稳定、应用便利等优势。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明技术方案进一步说明，但本发明并不仅仅限定于这些实施例。
实施例1
疏水缔合聚合物配比
Figure BDA0002084749730000051
合成工艺如下：
1、向反应釜加入纯水。
2、开启反应釜搅拌电机，调节转速为18r/min。
3、加入EDTA。搅拌时间5分钟。
4、缓慢加入小苏打，搅拌时间30分钟，至料液变为澄清为止。
5、调节转速为8r/min。
6、加入丙烯酸，缓慢加入，加料时间30分钟，防止反应釜内产生大量气泡。
7、待反应釜内气泡消失后，调节转速为15r/min。
8、加入KCl，搅拌10分钟。
9、开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10分钟。
10、用温度计测料液温度。若超过20℃，立即停止循环。
11、关闭循环系统阀门，调节转速为18r/min。
12、加入酰胺，缓慢加入，加料时间20分钟，防止大量结块，加完后，搅拌20分钟。做好防护工作，不能皮肤直接接触。
13、加入尿素。搅拌至原料已经完全溶解，料液澄清。
14、调节转速为8r/min。
15、加入十六烷基烯丙基氯化铵单体溶液，缓慢加入，防止大量泡沫产生，防止溢出。
16、调节转速为12r/min，搅拌10分钟。
17、开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10分钟。
18、测料液温度，若高于0℃，则开启循环冷冻盐水，对反应釜适当降温，但应避免低于-2℃。
19、加入引发剂体系，需要缓慢加入。
20、打开釜底气阀门，向釜内排空气5秒钟。
21、调节转速为6-8r/min，准备放料。
22、放料完毕，把胶体推入烘房，在90℃条件下水解3个小时，然后拉出烘房。
23、清洁卫生。
实施例2
疏水缔合聚合物配比
Figure BDA0002084749730000071
合成工艺如下：
1、向反应釜加入纯水。
2、开启反应釜搅拌电机，调节转速为18r/min。
3、加入EDTA。搅拌时间5分钟。
4、缓慢加入小苏打，搅拌时间30分钟，至料液变为澄清为止。
5、调节转速为8r/min。
6、加入丙烯酸，缓慢加入，加料时间30分钟，防止反应釜内产生大量气泡。
7、待反应釜内气泡消失后，调节转速为15r/min。
8、加入KCl，搅拌10分钟。
9、开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10分钟。
10、用温度计测料液温度。若超过20℃，立即停止循环。
11、关闭循环系统阀门，调节转速为18r/min。
12、加入酰胺，缓慢加入，加料时间20分钟，防止大量结块，加完后，搅拌20分钟。做好防护工作，不能皮肤直接接触。
13、加入尿素。搅拌至原料已经完全溶解，料液澄清。
14、调节转速为8r/min。
15、加入十六烷基烯丙基氯化铵单体溶液，缓慢加入，防止大量泡沫产生，防止溢出。
16、调节转速为12r/min，搅拌10分钟。
17、开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10分钟。
18、测料液温度，若高于-3℃，则开启循环冷冻盐水，对反应釜适当降温，但应避免低于-2℃。
19、加入引发剂体系，需要缓慢加入。
20、打开釜底气阀门，向釜内排空气5秒钟。
21、调节转速为6-8r/min，准备放料。
22、放料完毕，把胶体推入烘房，在90℃条件下水解1.5个小时，然后拉出烘房。
23、清洁卫生。
实施例3
疏水缔合聚合物配比
Figure BDA0002084749730000081
合成工艺如下：
1、向反应釜加入纯水。
2、开启反应釜搅拌电机，调节转速为18r/min。
3、加入EDTA。搅拌时间5分钟。
4、缓慢加入小苏打，搅拌时间30分钟，至料液变为澄清为止。
5、调节转速为8r/min。
6、加入丙烯酸，缓慢加入，加料时间30分钟，防止反应釜内产生大量气泡。
7、待反应釜内气泡消失后，调节转速为15r/min。
8、加入KCl，搅拌10分钟。
9、开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10分钟。
10、用温度计测料液温度。若超过20℃，立即停止循环。
11、关闭循环系统阀门，调节转速为18r/min。
12、加入酰胺，缓慢加入，加料时间20分钟，防止大量结块，加完后，搅拌20分钟。做好防护工作，不能皮肤直接接触。
13、加入尿素。搅拌至原料已经完全溶解，料液澄清。
14、调节转速为8r/min。
15、加入十六烷基烯丙基氯化铵单体溶液，缓慢加入，防止大量泡沫产生，防止溢出。
16、调节转速为12r/min，搅拌10分钟。
17、开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10分钟。
18、测料液温度，若高于5℃，则开启循环冷冻盐水，对反应釜适当降温，但应避免低于-2℃。
19、加入引发剂体系，需要缓慢加入。
20、打开釜底气阀门，向釜内排空气5秒钟。
21、调节转速为6-8r/min，准备放料。
22、放料完毕，把胶体推入烘房，在90℃条件下水解3个小时，然后拉出烘房。
23、清洁卫生。
对实施得到的疏水缔合聚合物进行性能测试或提供实验数据，以证明本发明技术的先进性。
Figure BDA0002084749730000101
以上对本发明提供的疏水缔合聚合物及合成工艺进行了详细说明并引证了实施例，但对于本技术领域的研究人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰都应包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种疏水缔合聚合物，其特征在于各原料重量份为，纯水340份，乙二胺四乙酸二钠（Edta-2Na）0.5份，小苏打30份，丙烯酸19份，氯化钾15份，丙烯酰胺100份，尿素17.4份，十六烷基烯丙基氯化铵单体27份，其中，Edta-2Na携沙性2±0.1h沉降小于20%，干粉0.25%粘度21-27cp。
2.根据权利要求1所述的一种疏水缔合聚合物，其特征在于合成工艺包括以下步骤：
（1）、向反应釜加入纯水，开启反应釜搅拌电机，调节转速为18±2r/min；加入乙二胺四乙酸二钠；
搅拌时间5±0.5分钟；再缓慢加入小苏打，搅拌时间30±3分钟，至料液变为澄清为止；
（2）、调节转速为8±0.8r/min，缓慢加入丙烯酸，加料时间30±3分钟，防止反应釜内产生大量气泡；待反应釜内气泡消失后，调节转速为15±1.5r/min，再加入KCl，搅拌10±1分钟；
（3）、开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10±1分钟，循环过程中用温度计测料液温度，若超过20℃，立即停止循环；
（4）、关闭循环系统阀门，调节转速为18±2r/min，再缓慢加入丙烯酰胺，丙烯酰胺加料时间20±2分钟，防止大量结块，加完后，搅拌20±2分钟；再加入尿素，搅拌至原料已经完全溶解，料液澄清，调节转速为12±1r/min，搅拌10±1分钟；调节转速为8±0.5r/min，缓慢加入十六烷基烯丙基氯化铵单体溶液，调节转速为12±1r/min，搅拌10±1分钟；
（5）、开启循环系统阀门，开启过滤，启动循环泵，确定循环畅通后，循环10±1分钟；用温度计测料液温度，若高于0℃，用冷冻盐水对反应釜适当循环降温，但应避免低于-2℃；
（6）、缓慢加入引发剂体系，打开釜底气阀门，向釜内排空气5±1秒钟，调节转速为6-8r/min，准备放料，放料完毕，把胶体推入烘房，在90℃条件下水解3±0.1个小时，然后拉出烘房，得疏水缔合聚合物。
3.根据权利要求2所述的一种疏水缔合聚合物，其特征在于步骤（4）发现酰胺大量结块应经外力破碎后再投入反应釜，丙烯酸、酰胺投料过程应穿戴防静电工作服，佩戴耐酸碱橡胶手套、口罩和护目镜，不能皮肤直接接触物料。
4.根据权利要求2所述的一种疏水缔合聚合物，其特征在于步骤（4）以1±0.1L/min的速度缓慢加入十六烷基烯丙基氯化铵单体溶液，防止大量泡沫产生，溢出釜口。
5.一种如权利要求1所述的一种疏水缔合聚合物在中低温油气藏压裂施工和三次采油中的应用。
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