一种丙烯酰胺类单体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种丙烯酰胺类单体及其制备方法和应用，其中，该单体具有式（1）所示的结构，其中，R1为C1-C8的烷基，R2为氢或C1-C4的烷基，M1和M2各自独立地为氢、钾和钠中的至少一种。实验表明该单体进行聚合得到的丙烯酰胺共聚物具有较高的分子量和优异的耐温抗盐性能和耐剪切性能，可以作为高温高盐油藏三次采油驱油剂。

【技术实现步骤摘要】
一种丙烯酰胺类单体及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种丙烯酰胺类单体及其制备方法和应用。
技术介绍
聚合物驱主要是通过注入一定规模的聚合物溶液，增加驱替液粘度，降低油层水相渗透率来降低流度比、调整吸水剖面，以达到提高驱替相体积的目的，进而提高采收率。作为主要的聚合物驱油剂，水溶性部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）在常规油藏三次采油(EOB)技术中，已经得到大规模推广和应用，为油田稳产和增产发挥了重要作用。随着常规油藏储量的减少，高温高盐油藏使得HPAM的应用面临着诸多难题，主要体现在开采高温高盐油藏时的高温、高盐、剪切和配制溶液时的溶解氧复合作用使得HPAM溶液粘度大幅降低，导致驱油效果不显著。针对上述性能缺点，研究人员对HPAM进行了大量改性研究。其中，通过丙烯酰胺与耐温抗盐单体共聚，在HPAM共聚物中引入耐温抗盐基团，是提高产品性能的一个重要途径。已开发的耐温抗盐单体包括磺酸型单体、疏水缔合单体和两性离子单体等。例如题为“AMPS/AM共聚物的低温合成和性能”（常志英，高分子材料科学与工程，1997，13，16）的文章中报道了以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)磺酸型单体与丙烯酰胺共聚可以显著提高HPAM的使用性能。但相关研究“水溶性AM/AA/AMPS共聚物的高温水解”（朱麟勇，应用化学，2000，17，2）同时也发现，在90℃的高温条件下，受临近丙烯酸（AA）单元的分子内催化作用，AMPS单元也发生水解反应，共聚物中丙烯酸结构单元比例增加，提高了其温敏性和盐敏性能，因此限制了这类聚合物在水解温度以上的高温高盐条件下的应用。疏水缔合聚合物利用分子结构使其粘度在常温下的确具有明显的增稠效果，但其现场配制要求用淡水或加热促溶，给施工带来麻烦，此外这类聚合物还存在易堵塞地层，高温高盐条件下耐受性差的缺点（王中华，精细与专用化学品，2006，14，24）。两性离子共聚物具有两性聚电解质独特的盐稠性能，但因其结构中存在正电荷，与地层表面负电荷存在吸附作用，增加了损耗。因此从分子设计角度，开发耐温抗盐性能好、易于生成高分子量产物的耐温抗盐单体将是HPAM进改性研究的一个长期课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种丙烯酰胺类单体及其制备方法和应用。本专利技术提供了一种丙烯酰胺类单体，其中，该单体具有式（1）所示的结构：其中，R1为C1-C8的烷基，R2为氢或C1-C4的烷基，M1和M2各自独立地为氢、钾和钠中的至少一种。本专利技术还提供了一种丙烯酰胺类单体的制备方法，其中，该方法包括：在温度为-5℃至30℃的条件下，将式（2）所示结构的单体、式（3）所示结构的单体与磺化剂反应2-16小时，其中，R1为C1-C8的烷基，R2为氢或C1-C4的烷基，M1为氢、钾和钠中的至少一种。本专利技术还提供了一种丙烯酰胺聚合物，该丙烯酰胺聚合物含有式（4）所示的结构单元：其中，R1为C1-C8的烷基，R2为氢或C1-C4的烷基，M1和M2各自独立地为氢、钾和钠中的至少一种。本专利技术还提供了上述丙烯酰胺聚合物在聚合物驱油剂中的应用。实验表明本专利技术的丙烯酰胺类单体进行聚合得到的丙烯酰胺共聚物在高温、高矿度和高剪切速率下具有较高的表观粘度，因此具有优异的耐温抗盐性能和抗剪切性能。这可能是由于本专利技术的丙烯酰胺类单体中酰胺基周围的一个烷基和一个苯基的疏水作用和空间位阻效应极大的提高了高温条件下单体自身的耐水解性能。此外，该单体中的双磺酸基对二价盐离子不敏感，从而在合成丙烯酰胺类共聚物时可以显著提高共聚物溶液的抗盐性能。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供了一种丙烯酰胺类单体，其中，该单体具有式（1）所示的结构：其中，R1为C1-C8的烷基，R2为氢或C1-C4的烷基，M1和M2各自独立地为氢、钾和钠中的至少一种。在本专利技术中，所述C1-C4的烷基可以是直链的，也可以是支链的。所述C1-C4的烷基的实例可以包括：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基和叔丁基。在本专利技术中，所述C1-C8的烷基可以是直链的，也可以是支链的。所述C1-C8的烷基的实例可以包括但不限于：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、叔戊基、新戊基、正己基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、1,2-二甲基丁基、1,3-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、1,1-二甲基丁基、2,2-二甲基丁基、3,3-二甲基丁基、1,1,2-三甲基丙基、1,2,2-三甲基丙基、1-乙基丁基、2-乙基丁基、1-乙基-2-甲基丙基、正庚基和正辛基。在本专利技术中，为了在制备丙烯酰胺共聚物时，进一步得到高转化率的产物，优选情况下，式（1）所示的丙烯酰胺类单体中，R1为C1-C4的烷基，R2为氢或甲基，M1为氢或钠。本专利技术还提供了一种丙烯酰胺类单体的制备方法，其中，该方法包括：在温度为-5℃至30℃的条件下，将式（2）所示结构的单体、式（3）所示结构的单体与磺化剂反应2-16小时，其中，R1为C1-C8的烷基，R2为氢或C1-C4的烷基，M1为氢、钾和钠中的至少一种。所述C1-C4的烷基和C1-C8的烷基均与上述描述相同。在本专利技术中，为了获得高收率的式（1）所示结构的丙烯酰胺类单体，优选情况下，式（2）所示结构的单体中R1为C1-C4的烷基，M1为氢或钠；式（3）所示结构的单体中R2为氢或甲基；进一步优选地，式（2）所示结构的单体为α-甲基苯乙烯磺酸，式（3）所示结构的单体为丙烯腈。在本专利技术中，所述α-甲基苯乙烯磺酸的结构如式（5）所示：根据本专利技术，本专利技术对磺化剂的种类没有特别的要求，现有技术中各种磺化剂均可以实现本专利技术的目的，考虑到具有强酸性和强氧化性的磺化剂可以提高反应的产率，优选地，所述磺化剂为浓度95-140重量%的硫酸或发烟硫酸。根据本专利技术，为了得到高收率的丙烯酰胺类单体，优选情况下，所述反应包括依次进行的两个阶段：第一阶段为在温度为-5℃至10℃的条件下，将磺化剂与式（3）所示结构的单体接触，得到第一溶液；并在低于10℃的条件下，向所得到的第一溶液中加入式（2）所示结构的单体，使第一溶液与式（2）所示结构的单体反应1-8小时，得到第二溶液；第二阶段为向所得到的第二溶液中加入水，在温度为10-30℃的条件下，继续反应1-8小时。在本专利技术中，在式（2）所示结构的单体、式（3）所式结构的单体与磺化剂反应之后，得到的式（1）所示结构的丙烯酰胺类单体中，M2为氢，本领域的技术人员可以知晓的是，当M2为氢时，所述丙烯酰胺单体的酸性较强，在聚合过程中容易对聚合釜造成腐蚀，需要对产物进行中和。因此，优选情况下，所述方法还包括在式（2）所示结构的单体、式（3）所式结构的单体与磺化剂反应之后，将得到的反应产物与无机碱性化合物反应，生成相应的碱金属盐。在本专利技术中，所述无机碱性化合物优选为氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠中的一种或多种，进一步优选为氢氧化钠。通常情况下，所使用的无机碱性化合物使得式（1）所示结构的单体在M2为氢时，配制成的溶液的pH值为4-12，优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种丙烯酰胺类单体，其中，该单体具有式（1）所示的结构：其中，R1为C1‑C8的烷基，R2为氢或C1‑C4的烷基，M1和M2各自独立地为氢、钾和钠中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种丙烯酰胺类单体，其中，该单体具有式(1)所示的结构：其中，R1为C1-C8的烷基，R2为氢或C1-C4的烷基，M1和M2各自独立地为氢、钾和钠中的至少一种。2.根据权利要求1所述的丙烯酰胺类单体，其中，R1为C1-C4的烷基，R2为氢或甲基，M1为氢或钠。3.一种权利要求1所述的丙烯酰胺类单体的制备方法，其特征在于，该方法包括：在温度为-5℃至30℃的条件下，将式(2)所示结构的单体、式(3)所示结构的单体与磺化剂反应2-16小时，其中，R1为C1-C8的烷基，R2为氢或C1-C4的烷基，M1为氢、钾和钠中的至少一种。4.根据权利要求3所述的方法，其中，R1为C1-C4的烷基，R2为氢或甲基，M1为氢或钠。5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述磺化剂为浓度95-140重量％的硫酸或发烟硫酸。6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述反应包括依次进行的两个阶段：第一阶段为在温度为-5℃至10℃的条件下，将磺化剂与式(3)所示结构的单体接触，得到第一溶液；并在低于10℃的条件下，向所得到的第一溶液中加入式(2)所示...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊卓，杜超，刘希，方昭，张文龙，赵方园，林蔚然，祝纶宇，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11