EA025834B1

EA025834B1 - Амфифильная макромолекула и ее применение

Info

Publication number: EA025834B1
Application number: EA201490337A
Authority: EA
Inventors: Цзиньбэнь Ван; Сюэфын Ши; Сяохой Сюй; Хой Ян; Илинь Ван; Хайкэ Янь
Original assignee: Бейдзин Цзюньлунь Жуньчжун Сайенс Энд Текнолоджи Ко., Лимитед
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2017-02-28
Also published as: EP2738237A1; CA2842704C; DK2738237T3; EP2738237A4; EP2738237B1; CN102432749A; US9243095B2; EA201490337A1; MY166451A; CN102432749B; ES2615235T3; US20150065672A1; CA2842704A1; WO2013013357A1

Abstract

Настоящее изобретение предоставляет амфифильную макромолекулу и ее применение. Амфифильные макромолекулы содержат повторяющиеся структурные звенья: структурные звенья для регулирования молекулярной массы и молекулярно-массового распределения и эффектов свойств заряда, высоко стерически затрудненные структурные звенья и амфифильные структурные звенья, которые подходят для таких областей, как бурение скважин на нефтяных месторождениях, цементирование скважин, образование разрывов, сбор и транспортировка сырой нефти, очистка сточных вод, переработка шлама и производство бумаги и т.д., и могут применяться в качестве нефтевытесняющего агента в способе повышения нефтеотдачи, понизителя вязкости тяжелой нефти, жидкости для гидроразрыва, стабилизатора неустойчивых глин, агента для очистки сточных вод, удерживающей добавки и осушающей добавки для производства бумаги или упрочняющего агента и т.д.

Description

Данное изобретение относится к амфифильной макромолекуле и ее применению, и данная амфифильная макромолекула применима для разработки нефтяных месторождений, цементирования нефтяных скважин, гидравлического разрыва пласта, сбора и транспортировки неочищенной нефти, очистки сточных вод, обезвреживания нефтяных шламов и производства бумаги, и ее можно использовать в качестве агента для интенсификации нефтедобычи и нефтевытесняющего агента, понизителя вязкости тяжелой сырой нефти, жидкости для гидроразрыва пласта, стабилизатора неустойчивых глин, агента для очистки сточных вод, удерживающей добавки, осушающей добавки и упрочняющего агента для производства бумаги.

Предшествующий уровень техники

Химическое заводнение является одним из наиболее эффективных и перспективных химических методов повышения нефтеотдачи, который представлен, главным образом, полимерным заводнением. Однако, наряду с широким применением технологии полимерного заводнения, в случае традиционных полимеров возникают некоторые сложности. В условиях высокой температуры и высокой солености пласта способность увеличивать вязкость и термическая стабильность широко используемого полимера, частично гидролизованного полиакриламида (НРАМ), быстро снижается; между тем, сам по себе НРАМ не обладает поверхностной/межфазной активностью и не мог бы привести к эффективному пленкообразованию, так что его возможности для подземной выработки оставшейся нефти ограничены.

Двухкомпонентная комбинированная система на основе полимера (полимер/поверхностно-активное вещество) и трехкомпонентная система (полимер/поверхностно-активное вещество/щелочь) могут повысить стабильность эмульгированного полученного флюида сырой нефти, затрудняя разделение нефть/вода и очистку сточных вод, а также ослабляя синергетический эффект между компонентами данной системы в условиях нефтеносного пласта, а кроме того, она способна повредить нефтеносный пласт. Таким образом, применение данной комбинированной системы ограничено.

Для многих крупных разработок нефтяных месторождений сложной и ключевой проблемой стало поддержание способности увеличивать вязкость и стабильность вязкости раствора полимера для того, чтобы добиться стратегической цели стабилизировать нефтедобычу и регулировать обводненность.

Тяжелая нефть представляет собой общее название нетрадиционной нефти, включая тяжелую нефть, высоковязкую нефть, битуминозный песок, природный асфальт и т.д., и ее называют также тяжелой нефтью, ультратяжелой нефтью, асфальтом и т.д. Примерно из 10 триллионов баррелей оставшихся мировых запасов нефти свыше 70% из них являются запасами тяжелой нефти. Китайские запасы тяжелой и битуминозной нефти на суше составляют более 20% от их общих нефтяных запасов. Согласно неполным статистическим данным, разведанные и контролируемые запасы нефти в Китае достигают 1600 млн тонн. На сегодняшний день запасы тяжелой нефти стали одними из важных стратегических замешающих ресурсов в Китае, однако добыча тяжелой нефти довольно сложна. Способ химического эмульгирования и снижения вязкости стал важным методом разработки месторождений.

Полимерный понизитель вязкости эмульгирования обычно относится к полимерному поверхностно-активному веществу с относительной молекулярной массой более нескольких тысяч и значительной поверхностной активностью; в зависимости от ионных типов его можно подразделить на четыре категории: анионогенное, катионогенное, цвиттер-ионное и неионогенное поверхностно-активное вещество. Как правило, полимерное поверхностно-активное вещество обладает ограниченной способностью понижать поверхностное натяжение и межфазное натяжение нефть-вода, но обладает превосходной эмульгирующей и дисперсионной способностью в отношении тяжелой нефти, имея преимущества использования небольших количеств, высокой скорости снижения вязкости, более низкой стоимости и простого способа применения.

В последние годы это исследование особенно привлекает к себе все большее внимание в данной области.

Краткое описание изобретения

В следующем контексте данного изобретения, если не определено иначе, аналогичная переменная группа и молекулярная и структурная формула имеют те же определения.

Настоящее изобретение относится к амфифильной макромолекуле, при этом данная амфифильная макромолекула содержит повторяющиеся звенья, описанные ниже: структурное звено А для регулирования молекулярной массы, молекулярно-массового распределения и характеристики заряда, стерически затрудненное структурное звено В и амфифильное структурное звено С.

В одном из вариантов осуществления структурное звено А имеет структуру формулы (2)

- 1 025834

где Κι представляет собой Н или метильную группу, К₂ и К₃ независимо выбирают из группы, состоящей из Н и С1 -С₃ алкильной группы, Κ4 выбирают из группы, состоящей из Н и метильной группы, Сг представляет собой -ОН или -Ο-Να'. т и η представляют собой молярную концентрацию структурных звеньев во всей амфифильной макромолекуле, и т составляет от 70 до 99 мол.%, η составляет от 1 до 30 мол.%.

Предпочтительно структурное звено А для регулирования молекулярной массы, молекулярномассового распределения и характеристики заряда включает в себя мет(акриламидное) мономерное звено А₁ и мет(акриловое) мономерное звено А₂. Предпочтительно структурное звено А одновременно включает в себя мет(акриламидное) мономерное звено А₁ и мет(акриловое) мономерное звено А₂. Предпочтительно мет(акриловое) мономерное звено А₂ представляет собой мет(акриловую) кислоту и/или мет (акрилат). В данной области техники молекулярную массу амфифильной макромолекулы можно выбрать по необходимости, предпочтительно данную молекулярную массу можно выбрать в интервале 1000000-20000000.

Предпочтительно молярная концентрация мет(акриламидного) мономерного звена А1 во всей амфифильной макромолекуле составляет 70-99 мол.%, предпочтительно 70-90 мол.%, более предпочтительно 70-80 мол.%.

Предпочтительно молярная концентрация мет(акрилового) мономерного звена А₂ во всем амфифильном полимере составляет 1-30 мол.%, предпочтительно 1-28 мол.%, более предпочтительно 20-28 мол.%.

В другом варианте осуществления в формуле (2) Κ|-Κ₃ предпочтительно представляют собой Н, а Сг предпочтительно представляет собой -Ο-Να'.

В другом варианте осуществления стерически затрудненное структурное звено В включает в себя, по меньшей мере, структуру С, где структура С представляет собой циклическую углеводородную структуру, образованную на основе двух соседних атомов углерода основной цепи, или выбрана из структуры формулы (3), и стерически затрудненное структурное звено В необязательно включает в себя структуру формулы (4)

,СН_;—О1СН,)_аСН₃

В формуле (3) К₅ представляет собой Н или метильную группу, предпочтительно Н, Кб представляет собой радикал, выбранный из группы, состоящей из структур формул (5) и (6)

V /

СН \

/

-I ел>— О1снр_йсн_э

СН₂ — О(СН₂)₂СООСН₂СН₃ са,—о—сн у^сн’ °^1СНЛ^СН,1 — КН—С СН₂ 0(СН₂)₂СООСН₂СН₃ \н, — О(СП₂)₂С0ОСН,СН₃

СИ,—СНСНЗуНз формула(5) формула(6).

В формуле (5) а представляет собой целое число от 1 до 11, предпочтительно 1-7; в формуле (4) К₇представляет собой Н, К₈ выбирают из Η, -§О₃Н и ее солей, -(СН₂)₂СН₃С1, +Η₂Ν+(СН₃)₂(СН₂^СН₃С1^- или -СН2К+(СН₃)2(СН2)2^(СН₃)2(СН2)_пСН₃2С1-, ξ и σ соответственно представляют собой целые числа от 1 до 15, предпочтительно 1-11.

Предпочтительно стерически затрудненное структурное звено В включает в себя структуру С и структуру формулы (4).

В другом варианте осуществления циклическую углеводородную структуру, полученную на основе двух соседних атомов углерода основной цепи, выбирают из группы, состоящей из

- 2 025834

Предпочтительно молярная концентрация структуры О в стерически затрудненном структурном звене В, во всей амфифильной макромолекуле составляет 0,02-2 мол.%, предпочтительно 0,02-1,0 мол.%, более предпочтительно 0,05-0,5 мол.%.

Предпочтительно молярная концентрация структуры формулы (4) в стерически затрудненном структурном звене В, во всей амфифильной макромолекуле составляет 0,05-5 мол.%, предпочтительно 0,1-2,5 мол.%, более предпочтительно 0,15-0,75 мол.%.

В другом варианте осуществления стерически затрудненное структурное звено В имеет структуру формулы (7)

В формуле (7) определение О описано выше, предпочтительно представляет собой структуру формулы (3)

определения К₇ и К₈ приведены в формуле (4), х и у представляют собой молярные концентрации структурных звеньев во всей амфифильной макромолекуле, и х составляет 0,02-2 мол.%, предпочтительно 0,02-1,0 мол.%, более предпочтительно 0,05-0,5 мол.%, у составляет 0,05-5 мол.%, предпочтительно 0,1-2,5 мол.%, а более предпочтительно 0,15-0,75 мол.%.

В другом варианте осуществления амфифильное структурное звено С имеет структуру формулы (8) к,

-(СК;^-С)ОС

I &Ι0

I

Ни формула (8).

В формуле (8) К₉ представляет собой Н или метильную группу, К.₁₀ представляет собой -О- или ΝΗ-, К.ц представляет собой радикал, включающий в себя линейный гидрокарбил, разветвленный гидрокарбил, полиоксиэтиленовую (РЕО) группу, полиоксипропиленовую (РРО) группу, блок-сополимер ЕО и РО, моночетвертичную аммониевую соль, поличетвертичную аммониевую соль или сульфоновую кислоту и ее соли.

Предпочтительно молярная концентрация амфифильного структурного звена С во всей амфифильной макромолекуле составляет 0,05-10 мол.%, предпочтительно 0,1-5,0 мол.%, а более предпочтительно 0,2-1,7 мол.%.

В другом варианте осуществления структуры, состоящие из К₁₀ и К_п, можно выбрать из

-О(СН₂)дЫ⁺(СН₃)₂ (СНг)ьСНэХ-,

-ΝΗ (СНа) ιΝ⁺ (СНз)а(СН₂)у СНзХ', - О (СНа) кИ* ( (СН₂) _£СН_Э) рХ*,

- О (СНа) ₄Ν* (СНз) а (СНа)«СН(ЗОзН)СНа(ЕО)р(РО)у (СНа) «СНзХ’,

-ΝΗ {СНа) дЫ⁺ (СНз) а (СНа) аСН (ЗОзН) СНа (ЕО) р ( РО) у (СНа) гСНэХ,

- О (СНа) дШ (СНз) а (СНа) аСН (СООН) СН₂ (ЕО > р (РО) γ {СНа) бСН₃Х’,

- 3 025834

-ΝΗ (СН₂)_дЫ⁺ (СНз) г (СН₂ ) сСН (СООН) СН₂ (ЕО) р ( РО) γ (СНз) бСН₃Х%

-О (СН₂) ₂Ν⁺ (СНз) 2 (СН₂) _ε5Ο₃-,

- (ОСН (СН₂Ы⁺(СНз) ₂ (СН₂) (СНзС1) <СН₂) _ηΟ (СН_г)еСНз,

- (ОСН(СН₂Ы*( (СН₂исНз)зС1-)СН_гЬО<СН_г)_кСНэ,

-ОСН (СН₂Ы⁺(СНз} 2 (СН₂) _гСНзХ) )з, -ОСН{СН₂Ы*( (СНз1 _еСНз)₃Х-) )₂; где д, ί, к и с| соответственно представляют собой целые числа от 1 до 6, предпочтительно 2-4, к и _) соответственно представляют собой целые числа от 3 до 21, предпочтительно 3-17, р представляет собой целое число от 3 до 9, предпочтительно 3-5, α представляет собой целое число от 1 до 12, предпочтительно 1-8, β и γ соответственно представляют собой целые числа от 0 до 40, β предпочтительно составляет 0-25, γ предпочтительно составляет 0-15, δ представляет собой целое число от 0 до 21, предпочтительно 0-17, ε представляет собой целое число от 4 до 18, предпочтительно 4-12, ζ представляет собой целое число от 1 до 21, предпочтительно 1-15, η и τ соответственно представляют собой целые числа от 1 до 30, предпочтительно 1-20, θ и κ соответственно представляют собой целые числа от 3 до 21, предпочтительно 3-17, λ представляет собой целое число от 0 до 9, предпочтительно 0-5, г представляет собой целое число от 3 до 21, предпочтительно 3-17, 8 представляет собой целое число от 3 до 9, предпочтительно 3-5, а X^- представляет собой С1^- или Вг^-.

В другом варианте осуществления амфифильная макромолекула имеет структуру формулы (9)

ί 1« 1		: ί
^СНз-СнМсНз-с)—ΐ{-0 Нс : ' ² ι 'т ι п Ν'	н₂-с--)-г ² Τ 'ν:	К^сн2 с-)р-
« ι ι '! : о=с о=с ϋ : \| \| ;;	Λί	°Ч ί
МЬ О’КаЗ	О;	ί К\|0 ΐ
: ^!!
: А	В ;	ΐ с :

формула (9)

В формуле (9) определения К₄, т и п описаны в формуле (2), определения К₇, К₈, С, х и у соответствуют описанным в формуле (7), определения К₉, К₁₀ и К_п соответствуют описанным в формуле (8), ζ представляет собой молярную концентрацию данного структурного звена во всей амфифильной макромолекуле, и ζ составляет 0,05-10 мол.%, предпочтительно 0,1-5,0 мол.%, более предпочтительно 0,2-1,7 мол.%.

Конкретно, в настоящем изобретении предоставлено высокомолекулярное соединение, имеющее структуру формул (1)-(Х)

- 4 025834

- 5 025834

- 6 025834

Молекулярная масса описанной выше амфифильной макромолекулы составляет от 1000000 до 20000000, предпочтительно от 3000000 до 14000000.

Определение молекулярной массы М проводят следующим образом: внутреннюю вязкость [η] измеряют при помощи вискозиметра Уббелоде, известного в данной области техники, затем полученное значение внутренней вязкости [η] используют в следующем уравнении для получения требуемой моле- 7 025834 кулярной массы М:

Μ=802[η]¹’²⁵.

Амфифильную макромолекулу согласно настоящему изобретению можно получить известными в данной области способами, например полимеризацией структурного звена для регулирования молекулярной массы, молекулярно-массового распределения и характеристики заряда, стерически затрудненного структурного звена и амфифильного структурного звена в присутствии инициатора. Способ полимеризации может представлять собой способ любого типа, известный в данной области, например такой как суспензионная полимеризация, эмульсионная полимеризация, полимеризация в растворе, полимеризация осаждением и т.д.

Типичный способ получения является следующим: каждый из описанных выше мономеров диспергируют или растворяют в водной системе при перемешивании, мономерную смесь полимеризуют при помощи инициатора в атмосфере азота, получая амфифильную макромолекулу. Для получения амфифильной макромолекулы данного изобретения можно использовать все применимые методы, известные на настоящий момент.

Все мономеры для получения амфифильной макромолекулы могут быть коммерчески доступными или могут быть получены, исходя непосредственно из методов предшествующего уровня техники, а синтез некоторых мономеров подробно описан в конкретных примерах.

Описание чертежей

На фиг. 1 показана зависимость вязкости от концентрации амфифильных макромолекул, полученных в примерах 1-5 данного изобретения, в растворе соли со степенью минерализации 2х10⁴ мг/л при температуре 80°С.

На фиг. 2 показана зависимость вязкости от температуры амфифильных макромолекул, полученных в примерах 1-5 данного изобретения, в растворе соли со степенью минерализации 3х10⁴ мг/л при концентрации 1750 мг/л.

Подробное описание изобретения

Далее настоящее изобретение иллюстрировано приведенной ниже совокупностью конкретных примеров, однако, данное изобретение не ограничено следующими примерами.

Пример 1.

В данном примере описан синтез амфифильной макромолекулы формулы (I)

Синтез амфифильной макромолекулы в данном примере проводили следующим образом.

Сначала в реактор помещали воду из расчета 3/4 от общей массы реакционной системы, затем в реактор помещали также различные мономеры из расчета 1/4 от общей массы реакционной системы, а молярные концентрации т, п, х, у, ζ для каждого из повторяющихся звеньев составляли соответственно 78%, 20%, 0,25%, 0,5%, 1%. Смесь перемешивали до полного растворения, а затем добавляли агент для регулирования рН, чтобы довести значение рН реакционного раствора примерно до 8, после этого в течение 30 мин вводили газообразный азот для удаления содержащегося в ней кислорода. В реактор добавляли инициатор в атмосфере газообразного азота и продолжали пропускание газообразного азота еще в течение 10 мин, затем реактор герметизировали. Реакцию проводили при температуре 22°С, через 5 ч реакция завершалась полной конверсией. После сушки полученного продукта получали порошкообразную амфифильную макромолекулу. Молекулярная масса данной амфифильной макромолекулы составляла 1360х10⁴.

Пример 2.

В данном примере описан синтез амфифильной макромолекулы формулы (II)

- 8 025834

Сначала в реактор помещали воду из расчета 3/4 от общей массы реакционной системы, затем в реактор помещали также различные мономеры из расчета 1/4 от общей массы реакционной системы, а молярные концентрации т, п, х, у, ζ для каждого из повторяющихся звеньев составляли соответственно 73%, 25%, 0,15%, 0,15%, 1,7%. Смесь перемешивали до полного растворения, а затем прибавляли агент для регулирования рН, чтобы довести значение рН реакционного раствора примерно до 8, после этого в течение 40 мин вводили газообразный азот для удаления содержащегося в ней кислорода. В реактор добавляли инициатор в атмосфере газообразного азота и продолжали пропускание газообразного азота еще в течение 10 мин, затем реактор герметизировали. Реакцию проводили при температуре 25°С, через 5 ч реакция завершалась полной конверсией. После сушки полученного продукта получали порошкообразную амфифильную макромолекулу. Молекулярная масса данной амфифильной макромолекулы составляла 1010х10⁴.

Пример 3.

В данном примере описан синтез амфифильной макромолекулы формулы (III)

- 9 025834 состоял в следующем:

Сначала в реактор помещали воду из расчета 3/4 от общей массы реакционной системы, затем в реактор помещали также различные мономеры из расчета 1/4 от общей массы реакционной системы, а молярные концентрации т, п, х, у, ζ для каждого из повторяющихся звеньев составляли соответственно 75%, 24,5%, 0,15%, 0,15%, 0,2%. Смесь перемешивали до полного растворения, а затем прибавляли агент для регулирования рН, чтобы довести значение рН реакционного раствора примерно до 9, после этого в течение 30 мин вводили газообразный азот для удаления содержащегося в ней кислорода. В реактор добавляли инициатор в атмосфере газообразного азота и продолжали пропускание газообразного азота еще в течение 10 мин, затем реактор герметизировали. Реакцию проводили при температуре 25°С, через 6 ч реакция завершалась полной конверсией. После сушки полученного продукта получали порошкообразную амфифильную макромолекулу. Молекулярная масса данной амфифильной макромолекулы составляла 660х10⁴.

Пример 4.

В данном примере описан синтез амфифильной макромолекулы формулы (IV)

Метод синтеза мономера состоял в следующем:

- 10 025834

Сначала в реактор помещали воду из расчета 3/4 от общей массы реакционной системы, затем в реактор помещали также различные мономеры из расчета 1/4 от общей массы реакционной системы, а молярные концентрации т, п, х, у, ζ для каждого из повторяющихся звеньев составляли соответственно 75%, 23%, 0,05%, 0,5%, 1,45%. Смесь перемешивали до полного растворения, а затем прибавляли агент для регулирования рН, чтобы довести значение рН реакционного раствора примерно до 9, после этого в течение 30 мин вводили газообразный азот для удаления содержащегося в ней кислорода. В реактор добавляли инициатор в атмосфере газообразного азота и продолжали пропускание газообразного азота еще в течение 10 мин, затем реактор герметизировали. Реакцию проводили при температуре 25°С, через 6 ч реакция завершалась полной конверсией. После сушки полученного продукта получали порошкообразную амфифильную макромолекулу. Молекулярная масса данной амфифильной макромолекулы составляла 370х10⁴. Пример 5

В данном примере описан синтез амфифильной макромолекулы формулы (V)

- 11 025834

Метод синтеза мономера

О *г Н; II «Ϊ

НуС—о—с —с —с—о—с —сн, о / о || Н / н_г Ну || Му

Н₂с=с^— Ν^— с—с — 0^— С —С — с— О»С —-См, \ г, \ <г Ьу и н_г с — с —-с—о-—с —Си,

Сначала в реактор помещали воду из расчета 3/4 от общей массы реакционной системы, затем в реактор помещали также различные мономеры из расчета 1/4 от общей массы реакционной системы, а молярные концентрации т, п, х, у, ζ для каждого из повторяющихся звеньев составляли соответственно 78%, 21%, 0,1%, 0,1%, 0,8%. Смесь перемешивали до полного растворения, а затем прибавляли агент для регулирования рН, чтобы довести значение рН реакционного раствора примерно до 8, после этого в течение 30 мин вводили газообразный азот для удаления содержащегося в ней кислорода. В реактор добавляли инициатор в атмосфере газообразного азота и продолжали пропускание газообразного азота еще в течение 10 мин, затем реактор герметизировали. Реакцию проводили при температуре 25°С, через 6 ч реакция завершалась полной конверсией. После сушки полученного продукта получали порошкообразную амфифильную макромолекулу.

Молекулярная масса данной амфифильной макромолекулы составляла 450χ 10⁴.

Пример 6.

В данном примере описан синтез амфифильной макромолекулы формулы (VI)

Сначала в реактор помещали воду из расчета 3/4 от общей массы реакционной системы, затем в реактор помещали также различные мономеры из расчета 1/4 от общей массы реакционной системы, а молярные концентрации т, п, х, у, ζ для каждого из повторяющихся звеньев составляли соответственно 73%, 25%, 0,5%, 0,5%, 1%. Смесь перемешивали до полного растворения, а затем прибавляли агент для регулирования рН, чтобы довести значение рН реакционного раствора примерно до 8, после этого в течение 30 мин вводили газообразный азот для удаления содержащегося в ней кислорода. В реактор добавляли инициатор в атмосфере газообразного азота и продолжали пропускание газообразного азота еще в течение 10 мин, затем реактор герметизировали. Реакцию проводили при температуре 45°С, через 3 ч реакция завершалась полной конверсией. После сушки полученного продукта получали порошкообразную амфифильную макромолекулу.

Молекулярная масса данной амфифильной макромолекулы составляла 640χ 10⁴.

Пример 7.

В данном примере описан синтез амфифильной макромолекулы формулы (VII)

- 12 025834

Сначала в реактор помещали воду из расчета 3/4 от общей массы реакционной системы, затем в реактор помещали также различные мономеры из расчета 1/4 от общей массы реакционной системы, а молярные концентрации т, п, х, у, ζ для каждого из повторяющихся звеньев составляли соответственно 75%, 23%, 0,25%, 0,5%, 1,25%. Смесь перемешивали до полного растворения, а затем прибавляли агент для регулирования рН, чтобы довести значение рН реакционного раствора примерно до 9, после этого в течение 30 мин вводили газообразный азот для удаления содержащегося в ней кислорода. В реактор добавляли инициатор в атмосфере газообразного азота и продолжали пропускание газообразного азота еще в течение 10 мин, затем реактор герметизировали. Реакцию проводили при температуре 55 °С, через 3 ч реакция завершалась полной конверсией. После сушки полученного продукта получали порошкообразную амфифильную макромолекулу. Молекулярная масса данной амфифильной макромолекулы составляла 107х10⁴.

Пример 8.

В данном примере описан синтез амфифильной макромолекулы формулы (VIII)

Сначала в реактор помещали воду из расчета 3/4 от общей массы реакционной системы, затем в реактор помещали также различные мономеры из расчета 1/4 от общей массы реакционной системы, а молярные концентрации т, п, х, у, ζ для каждого из повторяющихся звеньев составляли соответственно 70%, 28%, 0,15%, 0,75%, 1,1%. Смесь перемешивали до полного растворения, а затем прибавляли агент для регулирования рН, чтобы довести значение рН реакционного раствора примерно до 8, после этого в течение 30 мин вводили газообразный азот для удаления содержащегося в ней кислорода. В реактор добавляли инициатор в атмосфере газообразного азота и продолжали пропускание газообразного азота еще в течение 10 мин, затем реактор герметизировали. Реакцию проводили при температуре 55 °С, через 3 ч реакция завершалась полной конверсией. После сушки полученного продукта получали порошкообразную амфифильную макромолекулу. Молекулярная масса данной амфифильной макромолекулы составляла 310х10⁴.

- 13 025834

Пример 9.

В данном примере описан синтез амфифильной макромолекулы формулы (IX)

Сначала в реактор помещали воду из расчета 3/4 от общей массы реакционной системы, затем в реактор помещали также различные мономеры из расчета 1/4 от общей массы реакционной системы, а молярные концентрации т, п, х, у, ζ для каждого из повторяющихся звеньев составляли соответственно 75%, 23,5%, 0,5%, 0,2%, 0,8%. Смесь перемешивали до полного растворения, а затем прибавляли агент для регулирования рН, чтобы довести значение рН реакционного раствора примерно до 8, после этого в течение 30 мин вводили газообразный азот для удаления содержащегося в ней кислорода. В реактор добавляли инициатор в атмосфере газообразного азота и продолжали пропускание газообразного азота еще в течение 10 мин, затем реактор герметизировали. Реакцию проводили при температуре 50°С, через 2,5 ч реакция завершалась полной конверсией. После сушки полученного продукта получали порошкообразную амфифильную макромолекулу. Молекулярная масса данной амфифильной макромолекулы составляла 720х10⁴.

Пример 10.

В данном примере описан синтез амфифильной макромолекулы формулы (X)

Сначала в реактор помещали воду из расчета 3/4 от общей массы реакционной системы, затем в реактор помещали также различные мономеры из расчета 1/4 от общей массы реакционной системы, а молярные концентрации т, п, х, у, ζ для каждого из повторяющихся звеньев составляли соответственно 75%, 23%, 0,5%, 0,5%, 1%. Смесь перемешивали до полного растворения, а затем прибавляли агент для регулирования рН, чтобы довести значение рН реакционного раствора примерно до 8, после этого в течение 30 мин вводили газообразный азот для удаления содержащегося в ней кислорода. В реактор добавляли инициатор в атмосфере газообразного азота и продолжали пропускание газообразного азота еще в течение 10 мин, затем реактор герметизировали. Реакцию проводили при температуре 50°С, через 2 ч реакция завершалась полной конверсией. После сушки полученного продукта получали порошкообразную амфифильную макромолекулу.

Молекулярная масса данной амфифильной макромолекулы составляла 520х 10⁴.

Примеры измерений.

Пример измерения 1.

- 14 025834

Для приготовления растворов амфифильной макромолекулы различной концентрации использовали раствор соли со степенью минерализации 2х10⁴ мг/л и определяли зависимость между концентрацией, температурой и вязкостью раствора. Результаты приведены на фиг. 1 и фиг. 2.

Из данных фигур видно, что растворы амфифильной макромолекулы примеров 1-5 все еще обладают благоприятной способностью увеличивать вязкость в условиях высокой температуры и высокой степени минерализации. Стерически затрудненное звено в амфифильной макромолекуле уменьшало вращательную степень свободы в основной цепи и повышало жесткость макромолекулярной цепи, что затрудняло сгибание данной макромолекулярной цепи и приводило к. ее вытягиванию, увеличивая, таким образом, гидродинамический радиус макромолекулы; в то же время, амфифильные структурные звенья связывались друг с другом, образуя микродомен за счет внутри-или межмолекулярного взаимодействия, повышая, таким образом, способность раствора значительно увеличивать вязкость в условиях высокой температуры и высокой степени минерализации.

Пример измерения 2.

Способ испытания: при температуре испытания 25°С, в пробирку на 50 мл с пробкой помещали 25 мл образцов электрообезвоженной сырой нефти из трех нефтяных месторождений, затем туда добавляли 25 мл водных растворов амфифильной макромолекулы различной концентрации, полученных в дистиллированной воде. Пробку пробирки уплотняли, затем пробирку встряхивали вручную или при помощи вибрационной камеры 80-100 раз в горизонтальном направлении, а амплитуда встряхивания должна была превышать 20 см. После достаточного встряхивания пробку ослабляли. Скорость снижения вязкости для сырой нефти рассчитывали по следующему уравнению:

„ вязкость образца сырой нефти -вязкость после смешивания ,__Л

Скоростьснижения вязкости (%) = —-------· х 100 вязкость образца сырой нефти

Экспериментальные результаты снижения вязкости тяжелой нефти при помощи амфифильной макромолекулы, полученной в примерах 6-10 (соотношение нефть-вода 1:1, 25°С)

- 15 025834

Объемное отношение нефть-вода (1:1)	Образец нефти 1	Скорость снижения вязкости {%)	Образец нефти 2	Скорость снижения вязкости (%)	Образец нефти 3	Скорость снижения вязкости (%)
Температура испытания (25°)
Начальная вязкость (мПас)	900		7400		12000
Пример б	400 мг/л	405	55,00	1900	74,32	3300	72,50
600 мг/л	320	64,44	1350	81,76	2450	79,58
800 м г/л	275	69,44	1040	85,95	1250	89,58
1000 мг/л	245	72,78	740	90,00	850	92,92
1200 мг/л	220	75,56	670	90,95	725	93,96
Пример 7	400 мг/л	475	47,22	2100	71,62	3500	70,83
600 мг/л	375	58,33	1750	76,35	2600	78,33
800 мг/л	290	67,78	1475	80,07	1350	88,75
1000 мг/л	230	74,44	1050	85,81	900	92,50
1200 мг/л	230	74,44	805	89,12	775	93,54
Пример 8	400 мг/л	535	40,56	1690	77,16	3150	73,75
600 мг/л	460	48,89	1100	85,14	1900	84,17
800 мг/л	390	56,67	780	89,46	1125	90,63
1000 мг/л	350	61,11	690	90,68	850	92,92
1200 мг/л	330	63,33	630	91,49	710	94,08
Пример 9	400 м г/л	470	47,78	1800	75,68	3600	70,00
600 мг/л	390	56,67	1480	80,00	2400	80,00
800 мг/л	310	65,56	975	86,82	1370	88,58
1000 мг/л	260	71,11	675	90,88	1025	91,46
1200 мг/л	230	74,44	580	92,16	840	93,00
Пример 10	400 мг/л	505	43,89	1600	78,38	3800	68,33
600 мг/л	425	52,78	1150	84,46	2350	80,42
800 мг/л	350	61,11	825	88,85	1275	89,38
1000 мг/л	315	65,00	695	90,61	1000	91,67
1200 мг/л	280	68,89	625	91,55	825	93,13

В таблице показано, что амфифильные макромолекулы примеров 6-10 оказывали положительное влияние на снижение вязкости для всех трех образцов нефти. При повышении концентрации раствора амфифильной макромолекулы скорость снижения вязкости возрастала. А в случае, когда концентрация раствора амфифильной макромолекулы была одинаковой, скорость снижения вязкости возрастала при увеличении вязкости образца нефти. Предполагается, что амфифильная макромолекула могла бы значительно понижать вязкость сырой нефти за счет синергетического эффекта между стерически затрудненным структурным звеном и амфифильным структурным звеном, которое могло бы эффективно эмульгировать и диспергировать сырую нефть.

Промышленная применимость

Амфифильную макромолекулу данного изобретения можно применять при бурении скважин на нефтяных месторождениях, цементировании скважин, образовании разрывов, сборе и транспортировке сырой нефти, очистке сточных вод, переработке шлама и производстве бумаги и ее можно применять в качестве агента интенсификации нефтедобычи и нефтевытесняющего агента, понизителя вязкости тяжелой нефти, жидкости для гидроразрыва, стабилизатора неустойчивых глин, агента для очистки сточных вод, удерживающей добавки и осушающей добавки и упрочняющего агента для производства бумаги.

Амфифильная макромолекула данного изобретения особенно подходит для добычи сырой нефти, например ее можно применять в качестве полимера для интенсифицированного вытеснения нефти и понизителя вязкости для тяжелой нефти. При ее использовании в качестве нефтевытесняющего агента она обладает превосходным загущающим эффектом даже в условиях высокой температуры и высокой мине- 16 025834 рализации и, таким образом, может повысить выработку сырой нефти. При использовании в качестве понизителя вязкости для тяжелой нефти она способна значительно снизить вязкость тяжелой нефти и уменьшить ее гидравлическое сопротивление в пласте и стволе скважины за счет эффективного эмульгирования и диспергирования тяжелой нефти.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Амфифильная макромолекула, отличающаяся тем, что она содержит в качестве повторяющихся звеньев структурное звено А для регулирования молекулярной массы, молекулярно-массового распределения и характеристики заряда, стерически затрудненное структурное звено В и амфифильное структурное звено С, где структурное звено А имеет структуру формулы (2) где К! представляет собой Н или метильную группу, К₂ и К₃ независимо выбирают из группы, состоящей из Н и С₁ -С₃ алкильной группы, К₄ выбирают из группы, состоящей из Н и метильной группы, Ог представляет собой -ОН или -Ο^-Να', т и п представляют собой молярную концентрацию структурных звеньев во всей амфифильной макромолекуле, т составляет от 70 до 99 мол.%, п составляет от 1 до 30 мол.%;

стерически затрудненное структурное звено В включает в себя структуру О и структуру формулы (4), где структура О представляет собой циклическую углеводородную структуру, полученную на основе двух соседних атомов углерода основной цепи, или выбрана из структуры формулы (3) ,сн,— где в формуле (3) К₅ представляет собой Н или метильную группу, К₆ представляет собой радикал, выбранный из группы, состоящей из структур формулы (5) и формулы (6) сн,—о—сн ό-сн \

СИ,—о—сн.

СН5-О1СНДРН, ,сн_г—о(снр_асн, _

СН_г — О(СН₂)₂С0ОСН₂СН₃

N Н —С СН_; О(СН₂)₂С00СН₂С н ₃

СН₂ — О(СН₂)₂СООСН₂СН₃

СН_г— О(СН,),СН, формула (5) формула (6),

Г где в формуле (5) а представляет собой целое число от 1 до 11;

в формуле (4) К₇ представляет собой Н, К₈ выбирают из группы, состоящей из Н, -8О₃Н и ее солей, -(СН2)2СН2С1, -СН2^(СН₃)2(СН2ХСН₃С1- и -СН2^(СН₃)2(СН2)2^(СН₃)2(СН2)_пСН₃2С1-; ξ и σ соответственно представляют собой целые числа от 1 до 15;

при этом циклическую углеводородную структуру, полученную на основе двух соседних атомов углерода в основной цепи, выбирают из группы, состоящей из амфифильное структурное звено С имеет структуру формулы (8)

- 17 025834 к, —(сн₃-с-)— о=с

Кщ

I ί-,1 формула (8).

г где в формуле (8) К₉ представляет собой Н или метильную группу, К₁₀ представляет собой -О- или ΝΗ-, Кп представляет собой радикал, включающий в себя линейный углеводород, разветвленный углеводород, полиоксиэтилен (РЕО), полиоксипропилен (РРО), блок-сополимер ЕО-РО, моночетвертичную аммониевую соль, поличетвертичную аммониевую соль или сульфоновую кислоту и ее соли.
2. Амфифильная макромолекула по п.1, отличающаяся тем, что структурное звено А включает звенья А! и А₂, где, исходя из 100 мол.% всей амфифильной макромолекулы, молярная концентрация мет(акриламидного) мономерного звена А₁ составляет 70-99 мол.%, а молярная концентрация (мет)акрилового мономерного звена А₂ составляет 1-30 мол.%.
3. Амфифильная макромолекула по п.1, отличающаяся тем, что молярная концентрация структуры С во всей амфифильной макромолекуле составляет 0,02-2 мол.%, а молярная концентрация структуры формулы (4) во всей амфифильной макромолекуле составляет 0,05-5 мол.%.
4. Амфифильная макромолекула по п.1, отличающаяся тем, что, исходя из 100 мол.% всей амфифильной макромолекулы, молярная концентрация структуры формулы (8) во всей амфифильной макромолекуле составляет 0,05-10 мол.%.
5. Амфифильная макромолекула по п.1, в которой стерически затрудненное структурное звено В включает в себя структуру С, где структура С выбрана из структуры формулы (3) к, о=с

I

К.

формула (3) где в формуле (3) К₅ представляет собой Н.
6. Амфифильная макромолекула по п.1, отличающаяся тем, что стерически затрудненное структурное звено В имеет структуру формулы (7) где в формуле (7) определение С соответствует описанному в п.1, определения К₇ и К₈ описаны в формуле (4), х и у соответственно представляют собой молярные концентрации структурных звеньев во всей амфифильной макромолекуле, х составляет от 0,02 до 2 мол.%, у составляет от 0,05 до 5 мол.%.
7. Амфифильная макромолекула по п.1, отличающаяся тем, что структуру, состоящую из К₁₀ и Кп, можно выбрать из

- 18 025834

-О (СНз) ,Ν* (СНз) 2 (СНз) иСНзХ’ , -ΝΗ(СНз) ±Ν* (СНз> з <СНз) ^СН₃Х-,

-О(СН_г)кЫ*( (СНз)рСНз) эХ\

- О (СНз) ,Ν* (СНз) з {СНг) «СН (ЗОзН) СНз (ЕО) р (РО) γ (СНз) бСНзХ’,

-ΝΗ (СНз) ,Ν* (СНз) з (СНз) «СН (ЗОзН) СНз (ВО) р (РО) у {СНз) бСНзХ,

-О (СНз) ,Ν* (СНз) з (СНз) «СН(СООН) СНз (ЕО) р (РО)у(СНз) РСНэХ',

-ΝΗ (СНз) ,Ν* (СНз) г (СНз) «СН (СООН) СНг (ЕО) р {РО) у (СНз) рСНзХ' ,

-О (СНз) 3Ν* (СНз) з (СНз) еЗОз” ,

- (ОСН (СН₂Ы* (СНз) з (СНз);СН₃С1-) (СНз) ,0 (СНз) еСНз,

-(ОСЖСНгЫЦ (СНзЦСНз)зС!-) (СНзЦО(СНз)кСНэ,

-ОСН (СНзИ* (СНз) 2 (СНз) гСНзХ-) ) г, -ОСН (СН₂Н* ( (СНг) _вСН₃) зХ’) ) з; где д, ί, к и с| соответственно представляют собой целые числа от 1 до 6, й и _) соответственно представляют собой целые числа от 3 до 21, р представляет собой целое число от 3 до 9, α представляет собой целое число от 1 до 12, β и γ соответственно представляют собой целые числа от 0 до 40, δ представляет собой целое число от 0 до 21, ε представляет собой целое число от 4 до 18, ζ представляет собой целое число от 1 до 21, η и τ соответственно представляют собой целые числа от 1 до 30, θ и κ соответственно представляют собой целые числа от 3 до 21, λ представляет собой целое число от 0 до 9, г представляет собой целое число от 3 до 21, 8 представляет собой целое число от 3 до 9, а X^- представляет собой С1^- или Вг^-.
8. Амфифильная макромолекула по п.1, отличающаяся тем, что имеет структуру формулы (9)

: к₄ ^: г к₇ ΐ : к, : -ΐ—(-сн₂-снМ-сн₂-с)— : ' ¹ ι 'т Т'п +о^сн₂ #сн_г с-И- ί ^ζ: : 1 1 : о=с о=с ΐ I I ΕΐΙ н ΝΗ₂ ОТ·.':/ • чй н к₈: : 1 ί ! А В : ! _Л » С : • »

формула (9) где в формуле (9) К₄ выбирают из группы, состоящей из Н и метильной группы, т и п представляют собой молярную концентрацию структурных звеньев во всей амфифильной макромолекуле, т составляет от 70 до 99 мол.%, п составляет от 1 до 30 мол.%, определения С, К₇, К₈, х и у соответствуют описанным в формуле (7), К₉ представляет собой Н или метильную группу, К₁₀ представляет собой -О- или -ΝΗ-, К_ппредставляет собой радикал, включающий в себя линейный углеводород, разветвленный углеводород, полиоксиэтилен (РЕО), полиоксипропилен (РРО), блок-сополимер ЕО-РО, моночетвертичную аммониевую соль, поличетвертичную аммониевую соль или сульфоновую кислоту и ее соли, ζ представляет собой молярную концентрацию данного структурного звена во всей амфифильной макромолекуле, ζ составляет от 0,05 до 10 мол.%.
9. Амфифильная макромолекула по п.1, представляющая собой соединение формул (1)-(Х)

О)

- 19 025834

- 20 025834

- 21 025834 причем т, η, х, у и ζ в формулах (1)-(Х) соответственно представляют собой молярные концентрации структурных звеньев во всей амфифильной макромолекуле, в которой т составляет от 70 до 99 мол.%, η составляет от 1 до 30 мол.%, х составляет от 0,02 до 2 мол.%, у составляет от 0,05 до 5 мол.%, ζ составляет от 0,05 до 10 мол.%.
10. Амфифильная макромолекула по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что ее молекулярная масса составляет от 1000000 до 20000000.
11. Применение амфифильной макромолекулы по любому из пп.1-10 при сборе и транспортировке

- 22 025834 сырой нефти.
12. Применение амфифильной макромолекулы по любому из пп.1-10 при очистке сточных вод.
13. Применение амфифильной макромолекулы по любому из пп.1-10 в качестве агента повышения нефтедобычи и нефтевытесняющего агента.
14. Применение амфифильной макромолекулы по любому из пп.1-10 в качестве понизителя вязкости тяжелой нефти.
15. Применение амфифильной макромолекулы по любому из пп.1-10 при переработке шлама.
16. Применение амфифильной макромолекулы по любому из пп.1-10 в качестве жидкости для гидроразрыва.

Зависимость вязкости от концентрации

Зависимость вязкости от температуры