1 前言
2- 丙烯酰胺- 2 - 甲基丙磺酸 ( 2-Acrylamido- 2- Methylpropjanesulfonic acid 简称AMPS ) 是一种白色粉末状晶体, 密度
1518g/ cm3( 20 ) , 极易溶于水, 微溶于低级醇类; 熔点 185 ( 有分解) , 其水溶液在常温下可聚合。
AMPS 系丙烯酰胺衍生物, 因其分子结构中具有不饱和双键乙烯基, 并具有强阴离子性和亲水性官能团磺酸基, 从整个分子结
构考虑, 基团- SO3H 的存在使 AMPS 具有良好的水溶性; - SO3H 电荷密度大, 水化性强, 在负离子 SO3- 中两个 键和三个强电负性氧原子共享一个负电荷, 使 SO3- 稳定, 对外界阳离子的进攻不敏感, 故 AMPS有很好的抗盐性。羰基氧的高电荷使 AMPS具有良好的吸附性、络合性。所以 AMPS 具有良好的聚合性能, 可以自身发生聚合 均聚, 也可与多种单体共聚。
AMPS 及其合成的化学品广泛用于纺织、印染、塑料、涂料、造纸、水处理、化妆品及粘合剂方面。七十年代以来, AMPS
在油田化学品方面发展迅速, 应用十分广泛。
2 生产方法
七十年代初, 美国 Lubrizal 石油公司首先实现两步法工业路线, 后来日本东北化学公司改进了两步法生产工艺, 用一步法实现
了工业化生产。由于该工艺具有投资少、工艺设备简单, 反应周期短, 产品纯度高等优点, 目前已成为制备AMPS 的主要方法。
一步法是以异丁烯、丙烯腈、硫酸 ( 或发烟硫酸) 为原料, 在低温下合成 AMPS,反应式为:CH2C( CH3) 2 + CH2CHCN+ 2SO4CH2CH CONHC( CH3) 2CH2SO3H我国自八十年代末, 一些科研单位也开展了 AMPS 及其共聚物的合成研究, 并初步
形成了AMPS 的生产能力, 基本上都采用一步法的工艺路线。
3 AMPS 的应用
水溶性聚合物在石油工业中具有重要的用途, 钻井、固井、完井修井及提高石油采收率等多种作业中均广泛使用水溶性聚合
物。聚丙烯酰胺由于是全合成化工产品, 并具有良好的增稠、降阻、絮凝等作用, 日益受到业内人士的重视。但聚丙烯酰胺亦存在较多缺点: 剪切安定性差, 泵送时机械降解严重; 耐盐性差, 对矿化水尤其是多价金属离子敏感, 在多价金属离子存在的盐水中溶液粘度锐减, 甚至出现沉淀; 热稳定性差,在一般盐水中使用极限为 75 ; 耐温耐酸性差, 溶于盐酸中所形成的稠化酸在 80
左右即生成沉淀。为了克服上述缺点, 近二十年来国内外广泛开展了聚丙烯酰胺的改性工作, 并主要侧重于开发丙烯酰胺类共聚物, 引进新的单体与丙烯酰胺共聚是聚丙烯酰胺改性重要而有效的途径, 而改性单体中以 AMPS 最为引人注目。大量文献表明, 目前油田用聚合物的改性研究, 绝大多数都是以 AMPS 作为改性单体的。
AMPS 与某些单体的共聚物以及一些大分子的接枝共聚物实用价值很大。最常见的是AMPS 与丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯腈、N- 乙基吡咯烷酮、N, N - 二甲基丙烯酰胺等单体的二元、三元及多元共聚物, 广泛应用于钻井液处理剂、油田水泥外加剂、酸化剂、压裂剂、完井液及修井液的添加剂、堵水剂、三次采油驱油剂、分散剂、含油污水处理剂等。
31 用作水泥外加剂
AMPS 与甲基丙烯酸、丙烯酰胺的三元共聚物能适用于各种盐水泥浆, 起到良好的高温缓凝作用。美国 Halliburton 公司研制的AMPS 与丙烯酸的共聚物、与 N, N - 二甲基丙烯酰胺的共聚物和羧甲基羟乙基纤维素组成的复合物作为油井水泥外加剂, 可有效降低水泥浆的高温滤失量, 是较好的水泥浆分配剂、早强剂、增强剂等。
32 钻井液处理剂
AMPS 与丙烯酸、四氢苯甲酸、木质素磺酸等的接枝共聚物, AMPS 与丙烯酰胺和淀粉的接枝共聚物, AMPS 与丙烯酰胺和 N,N- 二甲基丙烯酰胺的共聚物, AMPS 与腐植酸瑟丙烯酰胺的接枝共聚物, 可制成钻井液分散剂, 钻井液处理剂, 抗钙性能良好的稳定剂, 降粘剂, 降滤失剂等。
33 完井液与修井液添加剂
AMPS 与丙烯酸、衣康酸等的共聚物,可以用于配制重盐水、盐水增粘剂, 使完井液粘度提高4 倍以上, 并且具有良好的热稳
定性, 克服了传统聚合物在盐水中粘度下降的缺点。
34 用作酸化压裂液添加剂
AMPS 作为单体的共聚物, 可作为润滑剂用于激产过程, 可作为表面活性剂用于压裂液的稠化剂, 其性能优于目前使用的瓜胶
类产品, 具有使用方便、粘度适宜、耐高温、高剪切等优点。
35 油田水处理剂
AMPS 的均聚物或与丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺等形成的共聚物, 可用作油田污水处理的絮凝剂, 污泥脱水剂和防垢阻垢剂。
如AMPS 与丙烯酸和苯乙烯磺酸钠的三元共聚物对硫酸钙和磷酸钙垢具有很好的抑制作用, 且具有用量少, 效果优于现有聚丙烯酰胺类水处理剂的特点。
36 三次采油油剂
AMPS 与 N- 乙烯基吡啶烷酮类的嵌段共聚物, 可作为驱油水增粘剂、粘度控制剂, 在高温、高压、高剪切条件下使用而不
发生降解, 稳定性能好。在提高石油采收率 ( EOR) 作业中, 美国Atlantic Richfield 公司研制的 AMPS 与 N,N - 二 甲 基 丙 烯 酰 胺 的 共 聚 物, 美 国Goodyear 公司研制的AMPS 与N, N- 二甲基丙烯酰胺、N- 甲基丙烯酰胺的共聚物, 作为增粘剂在盐水中有着优良的粘度保持作用。
4 结语
综上所述, 由于 AMPS 分子结构的特殊性, 使其成为用途广泛的精细化工产品。AMPS 作为一有效的丙烯酰胺改性单体已渗
透进油田化学各领域的聚合物改性中, 而且在很大程度上解决了抗盐性、抗温性、抗剪切性这三个最为棘手的问题。目前国内一些单位已开始将 AMPS 用于 EOR 聚合物钻井泥浆添加剂等方面的研究, 并取得了一定的成绩, 相信随着研究的深入, AMPS 在油田化学上的应用将不断拓宽。
