一種磺酸鹽甜菜堿型丙烯酰胺共聚物驅油劑及其合成方法
【技術領域】
[0001] 本發明設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油劑的 合成方法 技術背景
[0002] 隨著全世界油藏的不斷開發，油藏所在地質環境愈加苛刻，常規開采方法已經不 能滿足生產的需要，化學驅在油藏開采中扮演著越來越重要的角色。
[0003] 聚合物驅是化學驅中較為重要的一種，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，增大波及系數來提高采收率的方法(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.)。常見的聚合物驅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性能 而受到廣泛關注。兩性離子聚合物是指分子鏈中同時包含有陽離子和陰離子基團的聚合 物，陽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、陽離子基團可分別 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 的合成及應用[J].化學進展，2013,25(06): 1023-1030.)。在水溶液中，陰、陽離子間產生靜 電吸附作用，會導致分子鏈卷曲，流體力學體積減小，降低溶液粘度;而在鹽溶液中，由于無 機鹽產生的屏蔽效應，使得陰、陽離子間的靜電力減小，分子鏈舒張，從而增大流體力學體 積，提高溶液粘度。因此，兩性離子聚合物具有較強的抗鹽能力（陳錫榮，黃鳳興.驅油用耐 溫抗鹽水溶性聚合物的研究進展[J].石油化工，2009( 10): 1132-1137.)。
[0004] 甜菜堿是一類分子中同時含有r和陰離子基團的兩性化合物，其結構一般同時含 有締鍵部分和甜菜堿側基部分，運使得運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 因其化學和熱穩定性好、水化能力強且含有不易受溶液pH值影響的等數目季錠陽離子和橫 酸鹽陰離子而更適用于油田驅油劑的開發。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分別進行共聚，并進行了立元共聚，發現其溶液行為受共聚物的組成、抑值、 還有外加電解質鹽的濃度和屬性影響，表現出明顯的反聚電解質溶液行為(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)化晚內嗦鹽，并在水溶液中與 AM單體進行自由基共聚合，獲得了同時含有正負離子集團的橫酸甜菜堿兩性離子共聚物； 運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都比純水中的大，表 現出明顯的反聚電解質行為（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[J].高分子學報，2009，（4): 363~368.)。
[0005] 基于W上觀點，本發明設計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油劑。

【發明內容】

[0006] 本發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油劑，增強驅油劑 的粘彈性、熱穩定性和化學穩定性。
[0007] 本發明的另一個目的是提供一種含橫酸鹽甜菜堿型丙締酷胺共聚物驅油劑的合 成方法，解決現有驅油劑制備工藝復雜、產率低和成本高的問題。
[0008] 本發明的另一個目的是提供一種含橫酸鹽甜菜堿型丙締酷胺共聚物驅油劑在油 田上的應用。
[0009] 本發明的另一個目的是提供一種橫酸鹽甜菜堿的合成方法。
[0010]為了達至化述目的，本專利采用W下技術方案：
[0011 ]提供一種含橫酸鹽甜菜堿型丙締酷胺共聚物AM/DMEA/MPAS，其結構由丙締酷胺 (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，結構式如（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量投料比為AM:MPAS:DMEA = 94.90:5.00:0.Io
[0014] 本發明所設及的單體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] 本發明所設及的單體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環氧氯丙烷，滴加完畢后反應3.化；
[0019] (3)反應完后冷卻至室溫，抽濾，固體用去離子水重結晶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6~8小時；
[0022] (6)反應完成后，冷卻，旋蒸，用乙醇洗3次，抽濾，得到淡黃色固體。
[0023] 本發明所提供的一種含橫酸鹽甜菜堿型丙締酷胺共聚物驅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 口燒瓶中按單體質量投料比例分別投入AA、MPAS和DMEA，加入適量 去離子水，調節單體總質量百分濃度為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，通入氮氣30min，之后加入引發劑過硫酸錠和亞硫酸氨鋼(過硫酸錠 和亞硫酸氨鋼摩爾比為1:1)，引發劑加入量為單體總質量的0.4% ;
[0028] (3)在反應溫度為40°C下，通入氮氣10-20min，繼續反應化；
[0029] (4)反應完成后，用無水乙醇洗涂反應產物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 結構中含有橫基甜菜堿兩性離子基團。橫酸基團是強親水基團，使聚合物具有良好的水溶 性，同時具有很好的耐溫性。兩性離子具有明顯的反聚電解質效應，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 其制備工藝簡單、原料易得、成本低、環境污染小，應用前景較好。
【附圖說明】
[0034] 圖1為實施實例1所得產物的紅外譜圖；
[0035] 圖2為實施實例3所得產物的紅外譜圖；
[0036] 圖3為共聚物驅油劑M/DMEA/MPAS表觀粘度與溶液濃度的關系；
[0037] 圖4為共聚物驅油劑M/DMEA/MPAS表觀粘度與剪切速率的關系；
[0038] 圖5為共聚物驅油劑M/DMEA/MPAS表觀粘度與溫度的關系
[0039] 圖6為共聚物驅油劑M/DMEA/MPAS表觀粘度與NaCl濃度的關系；
[0040] 圖7為共聚物驅油劑M/DMEA/MPAS表觀粘度與MgCl2濃度的關系；
[0041 ] 圖8為共聚物驅油劑M/DMEA/MPAS表觀粘度與化Cl2濃度的關系；
[0042] 圖9為共聚物驅油劑M/DMEA/MPAS室內模擬提高采收率化OR)圖。
【具體實施方式】
[0043] 實施實例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環氧氯丙烷，滴加完畢后反應3.化；
[0046] (3)反應完后冷卻至室溫，抽濾，固體用去離子水重結晶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6~8小時；
[0049] (6)反應完成后，冷卻，旋蒸，用乙醇洗3次，抽濾，得到淡黃色固體。
[0050] 實施實例2:3-(3-甲基丙締酷胺基-1-二甲氨基丙基)-2-徑基丙基橫酸鋼結構表 征
[0051] 通過實施實例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伸縮振動峰;3356cm-i處為 酷胺