1 前言
2- 丙烯酰胺- 2 - 甲基丙磺酸 ( 2-Acrylamido- 2- Methylpropjanesulfonic acid 簡稱AMPS ) 是一種白色粉末狀晶體, 密度
1518g/ cm3( 20 ) , 極易溶于水, 微溶于低級醇類; 熔點 185 ( 有分解) , 其水溶液在常溫下可聚合。
AMPS 系丙烯酰胺衍生物, 因其分子結(jié)構(gòu)中具有不飽和雙鍵乙烯基, 并具有強陰離子性和親水性官能團磺酸基, 從整個分子結(jié)
構(gòu)考慮, 基團- SO3H 的存在使 AMPS 具有良好的水溶性; - SO3H 電荷密度大, 水化性強, 在負(fù)離子 SO3- 中兩個 鍵和三個強電負(fù)性氧原子共享一個負(fù)電荷, 使 SO3- 穩(wěn)定, 對外界陽離子的進(jìn)攻不敏感, 故 AMPS有很好的抗鹽性。羰基氧的高電荷使 AMPS具有良好的吸附性、絡(luò)合性。所以 AMPS 具有良好的聚合性能, 可以自身發(fā)生聚合 均聚, 也可與多種單體共聚。
AMPS 及其合成的化學(xué)品廣泛用于紡織、印染、塑料、涂料、造紙、水處理、化妝品及粘合劑方面。七十年代以來, AMPS
在油田化學(xué)品方面發(fā)展迅速, 應(yīng)用十分廣泛。
2 生產(chǎn)方法
七十年代初, 美國 Lubrizal 石油公司首先實現(xiàn)兩步法工業(yè)路線, 后來日本東北化學(xué)公司改進(jìn)了兩步法生產(chǎn)工藝, 用一步法實現(xiàn)
了工業(yè)化生產(chǎn)。由于該工藝具有投資少、工藝設(shè)備簡單, 反應(yīng)周期短, 產(chǎn)品純度高等優(yōu)點, 目前已成為制備AMPS 的主要方法。
一步法是以異丁烯、丙烯腈、硫酸 ( 或發(fā)煙硫酸) 為原料, 在低溫下合成 AMPS,反應(yīng)式為:CH2C( CH3) 2 + CH2CHCN+ 2SO4CH2CH CONHC( CH3) 2CH2SO3H我國自八十年代末, 一些科研單位也開展了 AMPS 及其共聚物的合成研究, 并初步
形成了AMPS 的生產(chǎn)能力, 基本上都采用一步法的工藝路線。
3 AMPS 的應(yīng)用
水溶性聚合物在石油工業(yè)中具有重要的用途, 鉆井、固井、完井修井及提高石油采收率等多種作業(yè)中均廣泛使用水溶性聚合
物。聚丙烯酰胺由于是全合成化工產(chǎn)品, 并具有良好的增稠、降阻、絮凝等作用, 日益受到業(yè)內(nèi)人士的重視。但聚丙烯酰胺亦存在較多缺點: 剪切安定性差, 泵送時機械降解嚴(yán)重; 耐鹽性差, 對礦化水尤其是多價金屬離子敏感, 在多價金屬離子存在的鹽水中溶液粘度銳減, 甚至出現(xiàn)沉淀; 熱穩(wěn)定性差,在一般鹽水中使用極限為 75 ; 耐溫耐酸性差, 溶于鹽酸中所形成的稠化酸在 80
左右即生成沉淀。為了克服上述缺點, 近二十年來國內(nèi)外廣泛開展了聚丙烯酰胺的改性工作, 并主要側(cè)重于開發(fā)丙烯酰胺類共聚物, 引進(jìn)新的單體與丙烯酰胺共聚是聚丙烯酰胺改性重要而有效的途徑, 而改性單體中以 AMPS 最為引人注目。大量文獻(xiàn)表明, 目前油田用聚合物的改性研究, 絕大多數(shù)都是以 AMPS 作為改性單體的。
AMPS 與某些單體的共聚物以及一些大分子的接枝共聚物實用價值很大。最常見的是AMPS 與丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯腈、N- 乙基吡咯烷酮、N, N - 二甲基丙烯酰胺等單體的二元、三元及多元共聚物, 廣泛應(yīng)用于鉆井液處理劑、油田水泥外加劑、酸化劑、壓裂劑、完井液及修井液的添加劑、堵水劑、三次采油驅(qū)油劑、分散劑、含油污水處理劑等。
31 用作水泥外加劑
AMPS 與甲基丙烯酸、丙烯酰胺的三元共聚物能適用于各種鹽水泥漿, 起到良好的高溫緩凝作用。美國 Halliburton 公司研制的AMPS 與丙烯酸的共聚物、與 N, N - 二甲基丙烯酰胺的共聚物和羧甲基羥乙基纖維素組成的復(fù)合物作為油井水泥外加劑, 可有效降低水泥漿的高溫濾失量, 是較好的水泥漿分配劑、早強劑、增強劑等。
32 鉆井液處理劑
AMPS 與丙烯酸、四氫苯甲酸、木質(zhì)素磺酸等的接枝共聚物, AMPS 與丙烯酰胺和淀粉的接枝共聚物, AMPS 與丙烯酰胺和 N,N- 二甲基丙烯酰胺的共聚物, AMPS 與腐植酸瑟丙烯酰胺的接枝共聚物, 可制成鉆井液分散劑, 鉆井液處理劑, 抗鈣性能良好的穩(wěn)定劑, 降粘劑, 降濾失劑等。
33 完井液與修井液添加劑
AMPS 與丙烯酸、衣康酸等的共聚物,可以用于配制重鹽水、鹽水增粘劑, 使完井液粘度提高4 倍以上, 并且具有良好的熱穩(wěn)
定性, 克服了傳統(tǒng)聚合物在鹽水中粘度下降的缺點。
34 用作酸化壓裂液添加劑
AMPS 作為單體的共聚物, 可作為潤滑劑用于激產(chǎn)過程, 可作為表面活性劑用于壓裂液的稠化劑, 其性能優(yōu)于目前使用的瓜膠
類產(chǎn)品, 具有使用方便、粘度適宜、耐高溫、高剪切等優(yōu)點。
35 油田水處理劑
AMPS 的均聚物或與丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺等形成的共聚物, 可用作油田污水處理的絮凝劑, 污泥脫水劑和防垢阻垢劑。
如AMPS 與丙烯酸和苯乙烯磺酸鈉的三元共聚物對硫酸鈣和磷酸鈣垢具有很好的抑制作用, 且具有用量少, 效果優(yōu)于現(xiàn)有聚丙烯酰胺類水處理劑的特點。
36 三次采油油劑
AMPS 與 N- 乙烯基吡啶烷酮類的嵌段共聚物, 可作為驅(qū)油水增粘劑、粘度控制劑, 在高溫、高壓、高剪切條件下使用而不
發(fā)生降解, 穩(wěn)定性能好。在提高石油采收率 ( EOR) 作業(yè)中, 美國Atlantic Richfield 公司研制的 AMPS 與 N,N - 二 甲 基 丙 烯 酰 胺 的 共 聚 物, 美 國Goodyear 公司研制的AMPS 與N, N- 二甲基丙烯酰胺、N- 甲基丙烯酰胺的共聚物, 作為增粘劑在鹽水中有著優(yōu)良的粘度保持作用。
4 結(jié)語
綜上所述, 由于 AMPS 分子結(jié)構(gòu)的特殊性, 使其成為用途廣泛的精細(xì)化工產(chǎn)品。AMPS 作為一有效的丙烯酰胺改性單體已滲
透進(jìn)油田化學(xué)各領(lǐng)域的聚合物改性中, 而且在很大程度上解決了抗鹽性、抗溫性、抗剪切性這三個最為棘手的問題。目前國內(nèi)一些單位已開始將 AMPS 用于 EOR 聚合物鉆井泥漿添加劑等方面的研究, 并取得了一定的成績, 相信隨著研究的深入, AMPS 在油田化學(xué)上的應(yīng)用將不斷拓寬。
