丙烯酰胺類單體、丙烯酰胺系共聚物及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種丙烯酰胺類單體及其制備方法，由該丙烯酰胺類單體制備得到的 丙烯酰胺系共聚物和該丙烯酰胺系共聚物在聚合物驅(qū)油劑中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 油田開發(fā)的最終目標是最大限度地采出地下原油，提高原油采收率在其中占有極 其重要的位置。從經(jīng)濟效益和驅(qū)油效果角度，高分子量部分水解聚丙烯酰胺（HPAM)在水溶 液中具有流體力學體積大，在較低濃度下即可實現(xiàn)分子鏈間纏結(jié)，提供高的增稠作用等特 點，因此是三次采油中廣泛應(yīng)用的聚合物驅(qū)油劑。但此類聚合物作為驅(qū)油劑，難以滿足高 溫高鹽油藏的需要。在高溫條件下，聚丙烯酰胺分子的水解和熱氧降解嚴重；在高鹽條件 下，聚丙烯酰胺容易沉淀析出，溶液粘率保留率很低，最終導致驅(qū)油效果差，沒有明顯經(jīng)濟 效益。
[0003] 針對上述性能缺點，研究人員對HPAM進行了大量改性研究。其中，通過丙烯酰胺 與耐溫抗鹽單體共聚，在HPAM共聚物中引入耐溫抗鹽基團，是提高產(chǎn)品性能的一個重要途 徑。但是，目前開發(fā)的耐溫抗鹽基團與丙烯酰胺共聚后得到的丙烯酰胺系共聚物的耐溫抗 鹽性能還需要進一步提高。
[0004] 因此從分子設(shè)計角度，開發(fā)耐溫抗鹽性能好、易于生成高分子量產(chǎn)物的耐溫抗鹽 單體將是HPAM進改性研究的一個長期課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的聚合物驅(qū)油劑耐溫耐鹽性能較差的缺 陷，提供一種耐溫抗鹽的丙烯酰胺類單體及其制備方法，由該丙烯酰胺類單體制備得到的 丙烯酰胺系共聚物和該丙烯酰胺系共聚物在聚合物驅(qū)油劑中的應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明的第一方面，提供了一種耐溫抗鹽的丙烯酰胺類單體，其中，該單體具有式 (1)所示的結(jié)構(gòu)：
[0008] 其中，&為氫或C1-C3的烷基，R2為C8-C18的烷基，為氫、鉀或鈉。
[0009] 本發(fā)明的第二方面，提供了上述丙烯酰胺類單體的制備方法，其中，該方法包括： 在溫度為_5°C至30°C的條件下，在酸酐存在下，將式（2)所示結(jié)構(gòu)的化合物、式（3)所示結(jié) 構(gòu)的化合物與磺化劑反應(yīng)4-24小時，
[0010]
[0011] 其中，&為氫或C1-C3的烷基，R2為C8-C18的烷基。
[0012] 本發(fā)明的第三方面，提供了一種丙烯酰胺系共聚物，其中，該丙烯酰胺系共聚物含 有結(jié)構(gòu)單元A、結(jié)構(gòu)單元B、結(jié)構(gòu)單元C和結(jié)構(gòu)單元D，其中，所述結(jié)構(gòu)單元A為具有式（4) 所示結(jié)構(gòu)的單元，所述結(jié)構(gòu)單元B為具有式（5)所示結(jié)構(gòu)的單元,所述結(jié)構(gòu)單元C為具有式 (6)所示結(jié)構(gòu)的單元，所述結(jié)構(gòu)單元D為具有式（7)所示結(jié)構(gòu)的單元，且所述結(jié)構(gòu)單元A、結(jié) 構(gòu)單元B、結(jié)構(gòu)單元C和結(jié)構(gòu)單元D的摩爾比為1 :0. 05-2 :0. 001-1 :0. 1-0. 6。
[0014] 其中，&、R3和R4各自獨立地為氫或C1-C3的烷基，R2為C8-C18的烷基，M2、M3和 m4各自獨立地為鉀或鈉。
[0015] 本發(fā)明的第四方面，提供了上述丙烯酰胺聚合物在聚合物驅(qū)油劑中的應(yīng)用。
[0016] 實驗表明本發(fā)明的丙烯酰胺類單體進行聚合得到的丙烯酰胺共聚物在在高溫、高 礦度下具有較高的表觀粘度，因此具有優(yōu)異的耐溫抗鹽性能。這可能是由于本發(fā)明的丙烯 酰胺類單體具有8-18個碳的長鏈烷基單元，可形成微疏水區(qū)，在電解質(zhì)中長鏈伸展，粘度 增加，從而具有抗鹽的特性，此外，本發(fā)明的丙烯酰胺類單體具有磺酸基，可增加水溶性和 抗溫性。
[0017] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0018] 附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0019] 圖1是實施例1得到的單體A1的紅外光譜圖。
[0020] 圖2是實施例4得到的單體A2的紅外光譜圖。
[0021 ] 圖3是實施例5得到的單體A3的紅外光譜圖。
【具體實施方式】
[0022] 以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應(yīng)當理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了一種丙烯酰胺類單體，該丙烯酰胺類單體 具有式（1)所示的結(jié)構(gòu)：
[0024]
[0025]其中，&為氫或C1-C3的烷基，R2為C8-C18的烷基，為氫、鉀或鈉。
[0026] 在本發(fā)明中，所述C1-C3的烷基可以是直鏈的，也可以是支鏈的。所述C1-C4的烷 基的實例可以包括：甲基、乙基、正丙基和異丙基。它們中優(yōu)選為甲基。
[0027] 在本發(fā)明中，所述C8-C18的烷基可以是直鏈的，也可以是支鏈的，優(yōu)選為直鏈的。 所述C8-C18的烷基的實例可以包括：辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、 十四烷基、十五烷基、十八烷基、十七烷基和十八烷基。它們中優(yōu)選為十四烷基、十五烷基、 十六烷基、十七烷基和十八烷基。
[0028] 在本發(fā)明中，為了在制備丙烯酰胺共聚物時，進一步得到高轉(zhuǎn)化率的產(chǎn)物，優(yōu)選情 況下，式⑴所示的丙烯酰胺類單體中，氏為氫或甲基，R2為C8-C18的烷基；更優(yōu)選式（1) 所示的丙烯酰胺類單體中，&為氫或甲基，R2為C14-C18的烷基。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供了一種丙烯酰胺類單體的制備方法，其中，在 溫度為_5°C至30°C的條件下，在酸酐存在下，將式（2)所示結(jié)構(gòu)的化合物、式（3)所示結(jié)構(gòu) 的化合物與磺化劑反應(yīng)4-24小時，
[0030]
[0031] 其中，&為氫或C1-C3的烷基，R2為C8-C18的烷基。。
[0032] 所述C1-C3的烷基與上述描述相同。
[0033] 所述C8-C18的烷基與上述描述相同。
[0034] 在本發(fā)明中，為了獲得高收率的式（1)所示結(jié)構(gòu)的丙烯酰胺類單體，優(yōu)選情況下， 式（2)所示結(jié)構(gòu)的化合物中R2為C8-C18的烷基；式（3)所示結(jié)構(gòu)的化合物中&為氫或甲 基，進一步優(yōu)選地，式（2)所示結(jié)構(gòu)的化合物中R2為C14-C18的烷基，式（3)所示結(jié)構(gòu)的化 合物為丙烯腈。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明對磺化劑的種類沒有特別的要求，現(xiàn)有技術(shù)中各種磺化劑均 可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的，考慮到具有強酸性和強氧化性的磺化劑可以提高反應(yīng)的產(chǎn)率，優(yōu) 選地，所述磺化劑為濃度98-112重量％的硫酸或發(fā)煙硫酸。
[0036] 在本發(fā)明中，通過使所述式（2)所示結(jié)構(gòu)的化合物、式（3)所示結(jié)構(gòu)的化合物與磺 化劑的反應(yīng)在酸酐下進行，可以通過酸酐去除水分，從而能夠有效地抑制磺化副產(chǎn)物的產(chǎn) 生，提商廣率。
[0037] 所述酸酐優(yōu)選為醋酸酐、五氧化二磷和丙酸酐中的一種或多種；更優(yōu)選為醋酸酐。
[0038] 所述酸酐的用量可以根據(jù)式（2)所示結(jié)構(gòu)的化合物的用量來選擇，優(yōu)選的情況 下，相對于1摩爾所述式（2)所示結(jié)構(gòu)的化合物，所述酸酐的用量為0. 1-0. 6摩爾，更優(yōu)選 為0. 2-0. 5摩爾。所述酸酐的用量在上述范圍內(nèi)時能夠有效地抑制磺化副產(chǎn)物的產(chǎn)生。所 述酸酐的用量在〇. 6摩爾以上或0. 1摩爾以下時，均會導致產(chǎn)率的下降。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明，為了得到高收率的丙烯酰胺類單體，優(yōu)選情況下，所述反應(yīng)包括依次 進行的兩個階段：第一階段為在溫度為_5°C至10°C的條件下，將磺化劑滴加到式（2)所 示結(jié)構(gòu)的化合物、式（3)所示結(jié)構(gòu)的化合物和酸酐的混合物中，并在低于10°C的條件下反 應(yīng)30-90分鐘（優(yōu)選為30-60分鐘）；第二階段為在溫度為15-30°C的條件下，繼續(xù)反應(yīng) 3. 5-23. 5小時（優(yōu)選為12-23小時）。
[0040] 在本發(fā)明中，在式（2)所示結(jié)構(gòu)的化合物、式（3)所示結(jié)構(gòu)的化合物與磺化劑反應(yīng) 之后，得到的式（1)所示結(jié)構(gòu)的丙烯酰胺類單體中，為氫，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以知曉的 是，當I為氫時，所述丙烯酰胺單體的酸性較強，在聚合過程中容易對聚合釜造成腐蝕，需 要對產(chǎn)物進行中和。
[0041] 因此，優(yōu)選情況下，所述方法還包括在式（2)所示結(jié)構(gòu)的化合物、式（3)所式結(jié)構(gòu) 的單體與磺化劑反應(yīng)之后，將得到的反應(yīng)產(chǎn)物與無機堿性化合物反