一种pH刺激响应型智能超支化阻垢剂及其应用制造技术

随着油气田的不断开发，含水率持续上升，油田水结垢日趋严重。为了克服油田水结垢问题，本发明专利技术通过分子设计本发明专利技术提供了一种超支化聚合物，并将其用于防止油田水结垢的阻垢剂，具体技术方案如下：本发明专利技术所设计的具有pH刺激响应性能的超支化聚合物，具有多羟基核形成超支化聚合物的中心核以及具有强极性的亲水基团的磺酸基团，在pH的增大的情况下，与线性聚合物不同的是，该超支化聚合物通过分子间的作用力使整个分子的体积增大，在晶格畸变成长成非致密晶体和扩张作用力打破晶体的共同作用下，抵抗成垢离子成垢增强的趋势，实现了阻垢性能宏观上的提升。

An Intelligent Hyperbranched Scale Inhibitor with pH Stimulation Response and Its Application

With the continuous development of oil and gas fields, water cut continues to rise, and oil field water scaling is becoming more and more serious. In order to overcome the problem of scale formation in oilfield water, the present invention provides a hyperbranched polymer through molecular design and uses it as a scale inhibitor to prevent scale formation in oilfield water. The specific technical scheme is as follows: the hyperbranched polymer with pH stimulation response property designed by the present invention has polyhydroxyl nuclei to form hyperbranched polymer. The central nucleus and the sulfonic acid group with strong polar hydrophilic group are different from the linear polymer in the case of increasing pH. The hyperbranched polymer enlarges the volume of the whole molecule by intermolecular force, and under the combined action of lattice distortion, growth into non-compact crystal and dilation force, breaking the crystal. Resisting the increasing tendency of scale formation by scaling ions, the performance of scale inhibition has been improved in macroscopical.

【技术实现步骤摘要】
一种pH刺激响应型智能超支化阻垢剂及其应用
本专利技术属于水处理
，涉及一种超支化阻垢剂及其应用，具体涉及一种pH刺激响应型智能超支化阻垢剂及其应用。
技术介绍
在油藏中水与油是共存的，平衡状态不可避免的会由于多种采油工艺的实施而发生改变。一旦流体组分因为平衡状态的改变超过了矿物质的溶解度极限，结垢沉积就会形成；碳酸盐和硫酸盐由于会在开发过程中因为流动受到阻碍或者压力的改变而发生沉积，卤化物会由于高矿化度盐水温度的大幅度下降而发生结晶沉淀。油田采油过程中，采出液形成碳酸盐而发生结垢沉淀，会因开采过程当中压力的减小而发生脱气，带来的结果是升高了pH值使得自动结垢加剧。在油气田的开发过程当中，结垢问题是一个绕不过的严重问题，尤其是随着油气田开发的深入，到了中后期的时候，结垢问题显得更加突出，开发成本也相应的大幅增加。油气田水中比较常见的水垢有以下几种：碳酸钙垢、硫酸钡垢、磷酸钙垢、硫酸钙垢、氧化铁垢、碳酸亚铁垢、氢氧化亚铁垢、氢氧化铁垢等等。目前，预防结垢最常用的方法之一是投加阻垢剂。但目前市面上的阻垢剂在采出液所含酸气脱气，pH值突然升高时，其阻垢效果均会大幅度降低。阻垢剂效果变差以及自动结垢加剧共同造成无法实现有效阻垢的问题。因此，随着油气田的不断开发，含水率持续上升，油田水结垢日趋严重的情况，更需要一种高效的阻垢剂作为油田高含水期广泛使用的水处理剂，保持pH条件突增的阻垢效果。
技术实现思路
为了克服上述问题，通过分子设计本专利技术提供了一种超支化聚合物，并将其用于防止油田水结垢的阻垢剂，具体技术方案如下：一种超支化聚合物，所述超支化聚合物为具有pH刺激响应性能：随pH的升高，超支化聚合物分子内空腔增大，分子体积产生显著增加。水垢的形成过程我们知道，其生长是严格的按照顺序的，它是通过两部分(带正电荷的部分和带负电荷的部分)相互碰撞而结合在一起，它的生长是按照一定的方向进行的。晶格畸变理论认为，微晶按照一定的晶格排列成长，形成致密而坚硬的结晶。超支化聚合物是一类具有二维或三维结构的新型材料，与嵌段线性聚合物相比，超支化聚合物表面具有大量的官能团，内部有很多的空腔。当加入上述超支化聚合物之后，通过吸附在晶体上以及掺杂在晶格的点阵当中，当pH升高时，超支化聚合物的分子链之间相互作用致使分子内空腔增大，直接后果是迫使了大晶体内部的应力逐渐增大，最终使晶体破裂，从而阻碍了已有垢的生长；pH值突然升高时，自动结垢加剧，会在超支化聚合物周边形成晶核进行生长，由于空间位阻和超支化聚合物的分子链的柔性特性，可以快速有效占领成垢位点，对无机垢的结晶进行干扰并致使晶体发生畸变，最终使晶体破裂，从而阻碍了已有垢的生长。通过上述两种方式的共同作用，克服了普通阻垢剂(包括效果较好的直链阻垢剂和支化聚合物阻垢剂)在pH升高无法有效抑制成垢离子快速成垢趋势，阻垢率下降的问题，不但依然能够表现出优异的阻垢能力，甚至实现了阻垢率的增加。更进一步的，所述超支化聚合物包括以下反应单体：多核聚合单体，含磺酸聚合单体，所述多核聚合单体为多羟基核与甲基丙烯酰氯的反应产物，所述多羟基核结构为分子式I；分子式I式中，羟基数为X，X≥3。通过分子设计，引入多羟基核形成超支化聚合物的中心核，并将磺酸基团引入到超支化聚合物中。磺酸基团是一种具有强极性的亲水基团，其对pH的敏感度较高，应激反应速度更快，当pH增大，磺酸基团的形成阴离子，磺酸基团之间排斥力增加，超支化体积增大；同时，磺酸基团在阻垢方面也具有了诸多的优点，因为磺酸基团能够通过生成钙凝胶等难溶性物质，较好的阻止水中离子与共聚物发生反应，对磷酸钙垢的抑制作用尤为突出，能够有效地稳定有机磷酸和金属离子、很好地对颗粒物起到分散作用。优选方式之一，所述含磺酸聚合单体为烯丙氧基类磺酸单体、双烯烃类磺酸单体、单烯烃类磺酸单体、丙烯酸类磺酸单体、丙烯酰胺类和苯乙烯磺酸中的一种或多种。优选方式之一，所述多羟基核为丙三醇、三羟甲基丙烷、中的一种。当pH值升高时，具有多羟基核的支化点越多、磺酸基基团密度越高的超支化聚合物，其体积变化也就越大，阻垢效果会更优。更进一步地，所述反应单体摩尔质量份数如下：所述反应单体的摩尔质量份数如下：多羟基核为1份、甲基丙烯酰氯为1X份～1.5X份、含磺酸共聚单体为1X～5X份。更进一步地，所述反应单体还包括丙烯酸，所述丙烯酸的摩尔质量份数为5X～20X份。丙烯酸加入，可以增长超支化聚合物中心核与中心核之间直链的长度，即当pH增大，超支化聚合物的直链距离增加，体积膨胀尺度也相应增大。增加超支化聚合物中心核与中心核之间直链的长度还可以采用其他具有双键结构的化合物。直链的距离增大，实际上也增加了该分子支链的柔性。所谓柔性，指的是分子在优势构型附近变化时，本身能量的升高不明显，如果阻垢剂具有柔性，则可通过改变自身构型与垢晶体活性生长面上的成垢离子对的间距达到较好的匹配，而分子能量升高不明显，从而更加有效的阻止垢体的生长。上述超支化聚合物同时含有强极性的磺酸基团和弱极性的羧酸基团，因此，水中的金属离子对其影响有限，更有效的排除干扰，保持其阻垢能力。更进一步地，所述超支化聚合物的支化度在0.4～1之间。更进一步地，所述超支化聚合物的分子量为4000～10000。更进一步地，所述超支化聚合物的制备方法，包括以下步骤：S1多核聚合单体的合成：将多羟基核溶于二氯甲烷中，加入三乙胺，使其完全溶解，在0℃条件下，将其滴加至甲基丙烯酰氯和二氯甲烷的混合液，滴加时间为2h～3h，滴加完毕，0℃度保温1h～2h，然后升温至40℃反应1h～6h；S2超支化聚合物合成：在反应容器中加入反应单体和引发剂，充分溶解在溶液中，在45℃～80℃反应8h～12h，反应终止时加入阻聚剂，对反应进行终止。所述引发剂为偶氮二异丁腈，过氧化二苯甲酰，过硫酸盐中的一种。所述阻聚剂为三氯化铁，1,1-二苯基-2-三硝基苯肼中的一种。上述超支化聚合物在油田开采或地下水处理中的应用，能够有效阻止水垢的形成。更进一步地，所述的超支化聚合物可与现有水处理剂进行复配使用。本专利技术所设计的具有pH刺激响应性能的超支化聚合物，具有多羟基核形成超支化聚合物的中心核以及具有强极性的亲水基团的磺酸基团，在pH的增大的情况下，与线性聚合物不同的是，该超支化聚合物通过分子间的作用力使整个分子的体积增大，在晶格畸变成长成非致密晶体和扩张作用力打破晶体的共同作用下，抵抗成垢离子成垢增强的趋势，实现了阻垢性能宏观上的提升。附图说明图1超支化聚合物1的阻垢效果图；图2扫描电镜拍摄的硫酸钙晶体形貌照片，a)无阻垢剂；b)有阻垢剂(pH＝5)，c)有阻垢剂(pH＝9)；图3超支化聚合物1与PBTCA的CaSO4的阻垢率。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。防垢剂性能评定方法：采用SY-T5673-1993《油田用防垢剂性能评定方法》中第5章的方法。实施例1超支化聚合物1的制备S1多核聚合单体的合成：将5mmol12OH溶于二氯甲烷中，加入20ml三乙胺，使其完全溶解，在0℃条件下，将其滴加至70mmol甲基丙烯酰氯和二氯甲烷的混合液，滴加时间为2h，滴加完毕，0℃度保温1h，然后升温至40℃反应3h；反应结束后，反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超支化聚合物，其特征在于：所述超支化聚合物为具有pH刺激响应性能：随pH的升高，超支化聚合物分子内空腔增大，分子体积产生显著增加。

【技术特征摘要】
1.一种超支化聚合物，其特征在于：所述超支化聚合物为具有pH刺激响应性能：随pH的升高，超支化聚合物分子内空腔增大，分子体积产生显著增加。2.根据权利要求1所述的超支化聚合物，其特征在于：所述超支化聚合物包括以下反应单体：多核聚合单体，含磺酸聚合单体，所述多核聚合单体为多羟基核与甲基丙烯酰氯的反应产物，所述多羟基核结构为分子式I；式中，羟基数为X，X≥3。3.根据权利要求2所述的超支化聚合物，其特征在于：所述含磺酸聚合单体为烯丙氧基类磺酸单体、双烯烃类磺酸单体、单烯烃类磺酸单体、丙烯酸类磺酸单体、丙烯酰胺类和苯乙烯磺酸中的一种或多种。4.根据权利要求2所述的超支化聚合物，其特征在于：所述多羟基核为丙三醇、三羟甲基丙烷、中的一种。5.根据权利要求2所述的超支化聚合物，其特征在于：所述反应单体的摩尔质量份数如下：多羟基核为1份、甲基丙烯酰氯为X份～1.5X份、含磺酸共聚单体为X～5X份。6.根据权利要求2～5任意一项所述的超支化聚合物，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈华林，丁克毅，刘军，
申请(专利权)人：西南民族大学，
类型：发明
国别省市：四川,51