三元无规共聚物、其获得方法及用途技术

本发明专利技术涉及基于衣康酸、乌头酸和烯基硫酸钠的三元无规共聚物，其通过在水溶液中使用自由基于1.0至3.5的酸性pH下以氧化还原体系作为指示剂的聚合制成。所述三元共聚物用作诸如碳酸钙、硫酸钙、锶和钡的矿物结垢的抑制剂和粘土、氧化铁、碳酸盐及硫酸钙的分散剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过在酸性pH下自由基聚合并涉及氧化还原系统作为引发剂的获得源自衣康酸、乌头酸和/或其异构体以及烯基磺酸钠的三元无规共聚物的方法，以及它们在抑制矿物垢(如碳酸钙，钙、锶和钡的硫酸盐)中的应用，同样还显示了其对碳酸钙、硫酸钙、氧化铁和粘土的分散。所述三元无规共聚物预防和控制了烃开采工业中由于因地层水的高盐度、压力、温度和pH变化而存在于油田中的矿物盐沉积物所致的地层破坏和生产钻机故障。三元无规共聚物用于抑制和分散存在于石油和化学工业中所用的冷却系统以及工业锅炉中的矿物垢。同样，三元无规共聚物的特征还在于耐受高浓度的二价离子(诸如钙、镁、锶和钡)。另一方面，在油田和生产钻机用途中，处理水(treated water)(如海水或来自现场的特征水(feature water))可用作运输工具。而且，本专利技术的三元共聚物具有低毒性，可在高温下使用。
技术介绍
在具有低(基质)和高(裂缝)油田导流率的区域以及石油钻井系统、生产系统、地面设备、锅炉和冷却系统中，垢的形成极大地导致了石油作业中的现存问题。在油田中发现的大多数矿物垢是通过地层水中的离子沉淀为矿物相形成，或者作为在两种不相容物流(水-注入地层水)在井底或岩石地层中接触时所产生的矿物成分过饱和的水的结果而形成。无论是生产水的井或是使用注入水作为采收方法的井，都可能发生矿物垢形成。地层损害被定义为源于岩石中存在的自然或诱导条件的流体从生产地层(油和气)流入井中的部分或全部堵塞，反之亦然，该问题可因岩石的最重要的岩石物理特性(诸如有效孔隙率和绝对渗透性)的改变而在石油采收和生产作业的不同阶段中发生。地层损害可自然发生或因在井中进行的操作(诸如钻井、固井、完井、维修、增产处理和注水或注气)中所用的流体所诱导的条件而发生。矿物垢可在井附近地层的孔隙中发展，因此，岩石的孔隙度和渗透性大幅降低，并且矿物垢还可存在于生产和注入管道中，以上提到的事实导致：油藏地层损害，原油产量降低，注水流量受限问题(压力损失)，因产量减少所致的修井，生产和注入管及地面设备中的腐蚀，等等。所有这些问题导致了昂贵的清洁处理，以及设备和管道的更换和维护，同样，如果情况得不到适当的控制，将发生生产井的损失。影响这些沉积物形成的主要因素有：温度、压力、流速、盐度、水中溶解固体的浓度、pH及其它。在油藏中低(基质)和高(裂缝)导流率的区域中发现的矿物沉积物具有不同组成，其主要包括碳酸钙，硫酸钙、锶和钡，以及氧化铁，其比例取决于水相系统中存在的热力学条件。一些矿物垢，诸如碳酸钙(CaCO3)，可用酸性介质溶解，但此事实很大程度上取决于矿物的纯度，因为碳酸钙通常与诸如硫酸钙和硫酸钡之类的其它矿物组合，其在酸性环境下非常稳定。油藏中所含的盐水(brines)含有颗粒，诸如粘土和主要为钙化合物的沉淀物。颗粒可在表面上沉积和生长，在低水流速的区域中产生过量的沉积物，并且干扰通过油藏有效孔隙的水的流动。对于辅助装置区域的特殊情况，冷却系统中沉积物的形成是工业中生产作业的最主要的问题之一。引起矿物垢沉积物的主要问题是热传递减少，流动受限(压力损失)，腐蚀等，这都将导致高的清洁成本，设备和管道的更换和维护。在全世界范围内，为对抗此问题，已使用若干种方法，其中兼顾了其效率和成本的有：共同或单独使用化学添加剂，诸如垢抑制剂、无机盐分散剂和溶剂酸。最常用的化学剂有：1)螯合剂(sequestering agents)。它们通过与存在于原生水中的阳离子(Ca2+、Ba2+、Sr2+)螯合起作用，所以它们的溶解产物不会因浓度而过量。最常用的产品之一是乙二胺四乙酸(EDTA)。这些产品的缺点在于：a)由于其以化学计量形式操作，需要大量螯合剂，因此这从经济角度考虑是不受欢迎的。b)螯合剂只对低浓度的溶解二价离子有效。2)多(磷酸盐)。最常用的有六偏磷酸钠(NaPO3)6、三聚磷酸钠(Na5P3O10)和多种低聚磷酸，诸如在美国专利US2,358,222中描述的那些：其结构式为：Na9P7O22、Na4P2O7、Na6P4O13、Na5P3O10。这些抑制剂在含有中等浓度的钙并接近中性pH的水中起作用。聚(磷酸盐)的问题是磷-氧键(PO)常被还原并形成正磷酸盐离子(PO4-3)(J.Phys.Chem.A 1998,102,2838-2841)，后者能与钙离子(Ca2+)反应生成磷酸钙[CaHPO4和Ca3(PO4)2]。在文献(美国专利US4,673,508“Inhibition of calcium phosphate scale formation with a maleate polymer”，EP0267597A2“Clalcium phosphate inhibition”，美国专利US4,929,632“Calcium phosphate scale methods control”)已报导了这样的化合物在高二价离子浓度、高温和pH极端变化条件下会产生问题，如管堵塞，腐蚀和传热设备的热传递降低。3)有机膦酸类化合物。这些是在其结构中包含碳-磷键(P-C)的化合物，其通过抑制机理在沉淀和晶型转化开始时起作用。有机膦酸酯类被广泛用作碳酸钙的垢抑制剂。其中最常用的有(1)：1-羟基亚乙基-1,1-二磷酸(a)、氨基三亚甲基膦酸(b)和二乙烯三胺五亚甲基膦酸(c)。(1)用作垢抑制剂的磷酸类化合物：亚乙基-1-羟基-1,1-二磷酸(a)，氨基三亚甲基膦酸(b)和二乙烯三胺五亚甲基膦酸(c)。此外，还有其它有机膦酸类化合物可作为防垢应用，如以下专利文件中所述：美国专利US3,974,090指出具有下示结构式的膦酸化合物的合成和用途：美国专利US3,886,205描述和保护了下示垢抑制剂化合物的合成和用途：以上提到的抑制剂的优点为磷-碳键不易水解，但是在剧烈操作条件下，诸如pH突然改变、高钙离子浓度和150℃以上的温度，使得其能够与钙离子反应形成磷酸钙(G.E.Geiger,Water&Process Technology,2006,1-7,“New Non-Phosphorous Calcium Carbonate Inhibitor Reduces Phosphorus Levels and Overcomes Limitations of Phosphonates”；Ruenradee Prachasri,\Developing a New Environmentally Acceptable Non-Phosphorus Cooling Water Treatment Program\,Electricity Generating Authority of Thailand,Nonthaburi 11130,Thailand；W.Wang,A.T.Kan,M.B.Tomson,SPE 155108,2012,1-16；“A Novel and Comprehensive Study and Polymeric and Traditional Phosphonate inhibitors for High Temperature Scale Control”；F.H.Browning,本文档来自技高网...

【技术保护点】
衍生自衣康酸和/或异构体、乌头酸和/或其异构体以及烯基磺酸盐的三元共聚物，其作为活性组分在高温、高压和超高盐度下抑制和分散碳酸钙、硫酸钙、钡和锶的矿物垢并且分散存在于油田中的粘土、碳酸钙、硫酸钙、钡和锶以及氧化铁，所述三元共聚物的特征为符合以下结构式：其中：R1＝‑H、‑CH3，R2＝‑H、‑CH2COOH、‑COOH，R3＝‑COOH，R4＝‑CH2COOH、H，R5＝‑H，R6＝‑H，R7＝‑H、‑CH3，R8＝‑SO3Na、‑CH2SO3Na、‑CONHC(CH3)2CH2SO3Na、C6H4SO3Na，R9＝H、R10＝‑COOH，R11＝‑COOH，R12＝‑CH2COOH，n为2‑70。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.25 MX MX/a/2014/0035771.衍生自衣康酸和/或异构体、乌头酸和/或其异构体以及烯基磺酸盐的三元共聚物，其作为活性组分在高温、高压和超高盐度下抑制和分散碳酸钙、硫酸钙、钡和锶的矿物垢并且分散存在于油田中的粘土、碳酸钙、硫酸钙、钡和锶以及氧化铁，所述三元共聚物的特征为符合以下结构式：其中：R1＝-H、-CH3，R2＝-H、-CH2COOH、-COOH，R3＝-COOH，R4＝-CH2COOH、H，R5＝-H，R6＝-H，R7＝-H、-CH3，R8＝-SO3Na、-CH2SO3Na、-CONHC(CH3)2CH2SO3Na、C6H4SO3Na，R9＝H、R10＝-COOH，R11＝-COOH，R12＝-CH2COOH，n为2-70。2.根据权利要求1得到的三元共聚物，其特征为所述衣康酸异构体为顺式-戊烯二酸、反式-戊烯二酸、柠康酸和中康酸。3.根据权利要求1和2得到的三元共聚物，其特征为所述乌头酸异构体为顺式-乌头酸和反式-乌头酸。4.根据权利要求1和3得到的三元共聚物，其特征为所述烷基磺酸钠为乙烯基磺酸、烯丙基磺酸、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸及其钠盐或钾盐。5.根据权利要求1至4得到的三元共聚物，其特征为所述三元共聚物的化学结构为无规型。6.根据权利要求1至5得到的三元共聚物，其特征为数均分子量范围在500和31000AMU之间，由排阻色谱法测定。7.根据前述权利要求的三元共聚物抑制和分散存在于来自化学和石油工业的冷却系统和锅炉中的碳酸盐和硫酸钙矿物垢的用途。8.根据权利要求7的三元共聚物的用途，其中操作温度为至多220℃。9.根据权利要求7和8的三元共聚物的用途，其中压力为至多8000psi。10.根据权利要求7至9的三元共聚物的用途，其中诸如氯化钠的盐的盐水浓度为至多450,000ppm。11.根据权利要求7至10的三元共聚物的用途，盐水中的总硬度以碳酸钙表达...

【专利技术属性】
技术研发人员：M庞斯希门尼斯，R赫南德斯阿尔塔米拉诺，JM马丁内斯马加丹，A拉米雷斯埃斯特拉达，LS扎穆迪奥里韦拉，
申请(专利权)人：墨西哥石油研究院，
类型：发明
国别省市：墨西哥;MX