一种构建树枝状聚合物分子结构和耐盐性能定量构效关系的方法、应用技术

本发明专利技术涉及一种构建树枝状聚合物分子结构和耐盐性能定量构效关系的方法、应用。通过构建的定量构效关系，根据树枝状聚合物的分子结构就可以得到油田化学聚合物的抗盐性能，无需通过传统实验，也无需通过繁琐的分子模拟动力学计算。同时利用构建的定量构效关系，可以快速筛选耐盐性能好的树枝状聚合物，对钻井液乃至油田化学用抗盐聚合物的快速设计和研发具有很好的借鉴意义。具有很好的借鉴意义。具有很好的借鉴意义。

【技术实现步骤摘要】
一种构建树枝状聚合物分子结构和耐盐性能定量构效关系的方法、应用


[0001]本专利技术属于油田化学钻井液处理剂
，具体涉及一种构建树枝状聚合物分子结构和耐盐性能定量构效关系的方法、应用。

技术介绍

[0002]树枝状聚合物是一类具有树枝型结构的新型高分子，表面富集大量的官能团，分子本身具有纳米尺寸且内部存在空腔，由于其高度支化的拓扑形态，使得树枝状分子在三维空间中具有类似球形的紧凑结构。目前树枝状聚合物在石油工程领域的研究刚刚起步，主要集中在利用其特殊的流变性和端基活跃的反应性，研究较多的是提高油田采收率的抗剪切聚合物和钻井液用胺基抑制剂。聚合物降滤失剂是保障钻井液性能的关键助剂，现场用量很大。将树枝状聚合物引入石油工程领域，可为解决一些复杂技术难题提供新的手段，但目前对树枝状聚合物钻井液降滤失剂方面的研究较少，尤其抗盐聚合物降滤失剂的一直是研究的重点和难点。抗盐性是油田化学聚合物的重要性能之一，无机盐对聚合物的侵害主要表现为降粘作用，粘度降低导致钻井液流变性变差，从而影响聚合物溶液整体性能，因此，评价聚合物抗盐性能时着重关注聚合物溶液的粘度参数。传统实验方法是通过六速粘度计测试聚合物溶液表观粘度来评价其抗盐性能，属于宏观评价方法，其测试评价受到样品纯度、来源、温度条件等诸多限制，且认为因素影响较大，重复性不佳。
[0003]分子模拟技术被誉为除理论研究和室内实验之外的第三种研究手段，它是以计算机为辅助工具，在原子水平上建立分子模型，并模拟分子的结构与行为，进而模拟分子体系的各种物理、化学性质。其中定量构效关系(Quantitative Structure
‑
Activity Relationship，QSAR)，是指利用理论计算和统计分析工具分析分子结构描述符与各种物理化学性质或者活性之间的定量函数关系，以此来研究一系列化合物结构与其性质(如表面张力)之间的定量关系，并通过我们建立的这些定量关系模型来预测新化合物的性质。同时，利用QSAR模型，还可以帮助理解决定化合物的性质的结构因素，指导后续分子修饰。
[0004]分子模拟在医药、汽车、食品、航空航天行业应用广泛，但在石油行业尤其是上游钻井工程领域应用较少，在钻井液聚合物研究方面显见应用，相关专利也较少。现有专利CN104007463 A、CN103713320 A、CN104007485 A分别提供了人工页岩物理模型及其制作方法和应用、富有机质泥页岩岩石物理模型的建立方法、复杂孔隙泥页岩岩石物理模型的建立方法，虽均属于油气勘探和开发的地球物理研究领域，但所构建的模型均为宏观角度的物理模型，不能反映泥页岩的微观结构；专利CN111007233 A提供了分析页岩微观孔隙中甲烷
‑
二氧化碳运动行为的方法，但该专利采用数值模拟的方法，所构建的模型在泥页岩剥落膨胀机理的研究方面适用性较差。
[0005]树枝状聚合物是由很多长链构成的树枝状的聚合物，分子中的单键能够内旋转，以致分子具有许多不同的构象，构象不同对应分子尺寸不同，高分子物理中用回转半径R(g)表征分子尺寸。聚合物受到无机盐侵害时，盐离子与聚合物分子间的相互作用会导致聚
合物分子尺寸发生改变，R(g)可通过分子模拟计算得到，即可表征聚合物的抗盐性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术的不足，提供了一种从分子结构角度构建树枝状聚合物分子结构和耐盐性能定量构效关系的方法，以便于更好的从分子结构角度对树枝状聚合物耐盐性能进行模拟研究，进而能够快速有效评价钻井液树枝状聚合物的耐盐性能，为深部超高温地层环境下钻井液性能提供技术保障。
[0007]为此，本专利技术第一方面提供了一种构建树枝状聚合物分子结构和耐盐性能定量构效关系的方法。该方法通过对常用的水溶性树枝状聚合物进行QSAR分析，提供了一种基于分子模拟的树枝状聚合物分子结构和耐盐性能的定量构效关系，快速有效评价钻井液树枝状聚合物抗盐性能的方法。
[0008]在本专利技术的一些具体实施方式中，所述构建树枝状聚合物分子结构和耐盐性能定量构效关系的方法包括如下步骤：
[0009]S1，分别绘制水分子、无机盐分子、树枝状聚合物中作为核的化合物以及树枝状聚合物中与核进行反应的具有双官能团化合物的分子结构模型，并进行结构优化；
[0010]S2，通过优化后的步骤S1绘制的树枝状聚合物中作为核的化合物的分子结构模型以及树枝状聚合物中与核进行反应的具有双官能团化合物的分子结构模型，构建树枝状聚合物的分子结构模型，并进行结构优化；
[0011]S3，建立包含一定数量水分子、无机盐分子和树枝状聚合物分子的最小能量构象结构的聚合物盐水溶液体系模型的盒子，并设定所述盒子的密度和温度；
[0012]S4，对所述聚合物盐水溶液体系模型的盒子进行分子动力学计算，将计算结果中的盒子密度的值与步骤S3中设定的盒子密度的值进行对比；当偏差小于偏差范围时，在正则系综下进行100～1000ps分子动力学计算；
[0013]S5，对步骤S4计算获得的分子动力学平衡状态的一系列数据进行分析，得到Rg概率分布图，对Rg概率分布图进行统计平均计算得到Rg数值；
[0014]S6，根据计算得到的一系列树枝状聚合物的Rg数值，利用统计学算法得到树枝状聚会物分子结构和耐盐性能的定量构效关系。
[0015]本专利技术中，通过重复步骤S1
‑
S5，进而计算得到一系列树枝状聚合物的Rg数值。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，通过Materials Studio软件的绘图工具分别绘制水分子、无机盐分子、树枝状聚合物中作为核的化合物以及树枝状聚合物中与核进行反应的具有双官能团化合物的分子结构模型。
[0017]本专利技术中，利用Materials Studio软件的绘图工具中的Visualizer可视化界面绘制相关的分子结构模型。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，所述树枝状聚合物中作为核的化合物选自双三羟甲基丙烷、季戊四醇和三羟甲基丙烷中的任意一种。
[0019]在本专利技术的另一些实施方式中，所述树枝状聚合物中与核进行反应的具有双官能团化合物选自2,2
‑
二羟甲基丙酸、三羟甲基丙烷
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N,N
‑
二羟乙基
‑3‑
胺基
‑2‑
丙酸酯、马来酸酐和甘油的低聚物、马来酸酐和二乙醇胺的低聚物中的任意一种。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1和S2中，通过Forcite模块进行结构优化。通
过结构优化，可以得到相关模型的最小能量构象结构。
[0021]在本专利技术的另一些实施方式中，步骤S2中，通过Build工具构建树枝状聚合物的分子模型。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S3中，通过Amorphous Cell模块建立所述聚合物盐水溶液模型盒子。
[0023]在本专利技术的另一些实施方式中，步骤S3中，所述盒子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种构建树枝状聚合物分子结构和耐盐性能定量构效关系的方法，其包括如下步骤：S1，分别绘制水分子、无机盐分子、树枝状聚合物中作为核的化合物以及树枝状聚合物中与核进行反应的具有双官能团化合物的分子结构模型，并进行结构优化；S2，通过优化后的步骤S1绘制的树枝状聚合物中作为核的化合物的分子结构模型以及树枝状聚合物中与核进行反应的具有双官能团化合物的分子结构模型，构建树枝状聚合物的分子结构模型，并进行结构优化；S3，建立包含一定数量水分子、无机盐分子和树枝状聚合物分子的最小能量构象结构的聚合物盐水溶液体系模型的盒子，并设定所述盒子的密度和温度；S4，对所述聚合物盐水溶液体系模型的盒子进行分子动力学计算，将计算结果中的盒子密度的值与步骤S3中设定的盒子密度的值进行对比；当偏差小于偏差范围时，在正则系综下进行100～1000ps分子动力学计算；S5，对步骤S4计算获得的分子动力学平衡状态的一系列数据进行分析，得到Rg概率分布图，对Rg概率分布图进行统计平均计算得到Rg数值；S6，根据计算得到的一系列树枝状聚合物的Rg数值，利用统计学算法得到树枝状聚会物分子结构和耐盐性能的定量构效关系。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，通过Materials Studio软件的绘图工具分别绘制水分子、无机盐分子、树枝状聚合物中作为核的化合物以及树枝状聚合物中与核进行反应的具有双官能团化合物的分子结构模型；优选地，所述树枝状聚合物中作为核的化合物选自双三羟甲基丙烷、季戊四醇和三羟甲基丙烷中的任意一种；和/或所述树枝状聚合物中与核进行反应的具有双官能团化合物选自2,2
‑
二羟甲基丙酸、三羟甲基丙烷
‑
N,N
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二羟乙基
‑3‑
胺基
‑2‑
丙酸酯、马来酸酐和甘油的低聚物、马来酸酐和二乙醇胺的低聚物...

【专利技术属性】
技术研发人员：李舟军，杨小华，杨帆，张宏玉，王琳，林永学，金军斌，胡子乔，宣扬，王海波，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：