一种亲水环保型多功能阻垢剂及其制备方法和应用

本发明属于聚合物高分子及水处理，尤其涉及一种亲水环保型多功能阻垢剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在油田开发过程中，流体会经过油气层从油气藏里面流出，先后经过井筒、井口最后到达地面的集输系统，而地层水中的成垢离子受到油气水平衡状态的变化以及压力、温度变化等影响，导致无机盐垢沉积而生成垢。在油气田的开发过程当中，结垢问题是一个严重的问题，尤其是随着油气田开发的深入，结垢问题显得更加突出，开发成本也日益增加。

2、油田结垢有两大类：一是碳酸盐垢，以caco3最为常见；二是硫酸盐垢，以caso4、baso4尤为常见。碳酸盐垢比较容易防治，可以采用无机酸清洗，但清洗过程中会造成设备“过腐蚀现象”。硫酸盐垢由于溶度积很小、结构致密、硬度较大，用传统的酸洗化学方法很难清除，油田只能采取停产换管或物理清除手段，严重影响油田生产。

3、目前，油田防垢采用最广泛和有效的方法是加入化学阻垢剂。随着水处理技术不断地发展，“绿色阻垢剂”已经成为21世纪工业水处理剂的发展方向，用于碳酸盐和硫酸盐结垢的商业阻垢剂通常是聚合物，如聚(丙烯酸)、聚马来酸、聚天冬氨酸、聚磷酸盐等。有些阻垢剂存在官能团单一抑制性能不突出的问题。另外目前主流的阻垢剂还是多以磷系配方为主，含磷物质的过多排放会使水体富营养化给环境带来危害。随着人们环保意识的提高，国家已开始实施和管控与环境相关的各类危害化学物质的排放标准，所以对于绿色多功能阻垢剂的研发已经成为当务之急。聚天冬氨酸(pasp)是一种带有羧酸侧链的聚氨基酸高分子物质，既能生物降解，又具有螯合和分散等功能。由于聚天冬氨酸分子结构方面的特征，使得其容易与金属离子吸附或结合，具有防止水垢的作用，在水处理上可用于防止caco3和caso4垢的形成。此外，共聚物阻垢剂由于具有多个官能团，表现出强络合作用和大分子的优良分散特性，而且能够对不同类型的垢种显示出优良性能，受到了广泛关注。低磷或无磷的高效共聚物阻垢剂取缔传统型磷系单一官能团阻垢剂已日渐成为水处理行业发展的一种趋势，因此开发绿色多功能的阻垢剂意义重大。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种亲水环保型多功能阻垢剂及其制备方法和应用。本发明提供的多功能阻垢剂不但绿色环保，而且阻垢性能较好，对不同垢种表现出优良的阻垢效果。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一方面，本发明提供一种亲水环保型多功能阻垢剂，该阻垢剂是由聚琥珀酰亚胺和三元共聚物接枝形成的复合共聚物；其中，三元共聚物为衣康酸/丙烯酰胺/烯丙基磺酸钠共聚物，聚琥珀酰亚胺和三元共聚物的质量比为(1～2)：(2～4)。

4、优选的，该复合共聚物的数均分子量为15000～19000。

5、优选的，三元共聚物为单体衣康酸、单体丙烯酰胺和单体烯丙基磺酸钠的聚合产物；单体衣康酸、单体丙烯酰胺和单体烯丙基磺酸钠的摩尔比为(0.5～1)：2：(1～1.5)。

6、第二方面，本发明提供一种上述亲水环保型多功能阻垢剂的制备方法，包括以下步骤：

7、s1.将聚琥珀酰亚胺和三元共聚物混合，加入碱溶液控制ph为9～10，并在加热条件下进行接枝反应；

8、s2.反应结束后，调节ph至中性，得到多功能阻垢剂。

9、优选的，步骤s1中，三元共聚物的制备方法，包括以下步骤：

10、分别配制衣康酸溶液、烯丙基磺酸钠/丙烯酰胺混合溶液和引发剂溶液；

11、将衣康酸溶液升温至75～80℃后，向衣康酸溶液中加入烯丙基磺酸钠/丙烯酰胺混合溶液和引发剂溶液，于85～95℃下反应2～4h，得到三元共聚物。

12、优选的，步骤s1中，按质量百分数计，聚琥珀酰亚胺的用量为10％～20％，三元共聚物的用量为20％～40％，其余为去离子水和碱溶液。

13、优选的，步骤s1中，碱溶液包括氢氧化钠溶液，加热温度为40～60℃，反应时间为8～24h。

14、优选的，步骤s2中，调节ph至中性后，还包括将产物溶液用无水乙醇析出固体，经过滤、洗涤、真空干燥，得到亲水环保型多功能阻垢剂。

15、第三方面，本发明提供一种上述亲水环保型多功能阻垢剂在水体阻垢中的应用，尤其用于油田开发过程中的水处理。

16、优选的，将本发明提供的亲水环保型多功能阻垢剂用于水体阻垢时，阻垢剂浓度为10～30mg/l。

17、本发明的有益效果是：

18、本发明由聚琥珀酰亚胺和衣康酸/丙烯酰胺/烯丙基磺酸钠三元共聚物接枝形成的复合共聚物同时具备羧基、酰胺基、磺酸基三种基团，羧基是抑制钙垢形成的最主要的基团，磺酸基具备更强的引发晶格畸变能力，酰胺基通过形成氢键提高阻垢剂溶解度，从而使得阻垢剂具有良好的分散性能、金属吸附能力以及阻垢性能。

19、本发明从可持续发展的角度出发，进行性能优良且符合绿色化学发展规划的阻垢剂的研发，提供的阻垢剂分子中不含磷，不但减少水体营养化，还保证其具有很好的生物降解性能，满足环保、可降解需求。

20、本发明有效解决了常规药剂对caco3、caso4、baso4等垢的阻垢性能缺乏广谱性的问题。

技术特征：

1.一种亲水环保型多功能阻垢剂，其特征在于，所述阻垢剂是由聚琥珀酰亚胺和三元共聚物接枝形成的复合共聚物；其中，所述三元共聚物为衣康酸/丙烯酰胺/烯丙基磺酸钠共聚物，所述聚琥珀酰亚胺和所述三元共聚物的质量比为(1～2)：(2～4)。

2.根据权利要求1所述的亲水环保型多功能阻垢剂，其特征在于，所述复合共聚物的数均分子量为15000～19000。

3.根据权利要求1所述的亲水环保型多功能阻垢剂，其特征在于，所述三元共聚物为单体衣康酸、单体丙烯酰胺和单体烯丙基磺酸钠的聚合产物；所述单体衣康酸、单体丙烯酰胺和单体烯丙基磺酸钠的摩尔比为(0.5～1)：2：(1～1.5)。

4.根据权利要求1～3任一项所述的亲水环保型多功能阻垢剂的制备方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的亲水环保型多功能阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述三元共聚物的制备方法，包括以下步骤：

6.根据权利要求4所述的亲水环保型多功能阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，按质量百分数计，所述聚琥珀酰亚胺的用量为10％～20％，所述三元共聚物的用量为20％～40％，其余为去离子水和碱溶液。

7.根据权利要求4所述的亲水环保型多功能阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述碱溶液包括氢氧化钠溶液，所述反应的温度为40～60℃，反应时间为8～24h。

8.根据权利要求4所述的亲水环保型多功能阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，调节ph至中性后，还包括将产物溶液用无水乙醇析出固体，经过滤、洗涤、真空干燥，得到所述亲水环保型多功能阻垢剂。

9.如权利要求1～3任一项所述的亲水环保型多功能阻垢剂在水体阻垢中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，将所述亲水环保型多功能阻垢剂按照10～30mg/l的浓度进行使用。

技术总结
本发明公开了一种亲水环保型多功能阻垢剂及其制备方法和应用，所述阻垢剂是由聚琥珀酰亚胺和三元共聚物接枝形成的复合共聚物；其中，所述三元共聚物为衣康酸/丙烯酰胺/烯丙基磺酸钠共聚物，所述聚琥珀酰亚胺和所述三元共聚物的质量比为(1～2)：(2～4)。本发明由聚琥珀酰亚胺和衣康酸/丙烯酰胺/烯丙基磺酸钠三元共聚物接枝形成的复合共聚物同时具备羧基、酰胺基、磺酸基三种基团，从而使得阻垢剂不但绿色环保，而且阻垢性能较好，对不同垢种表现出优良的阻垢效果。

技术研发人员：张煜,马文涛
受保护的技术使用者：湖北民族大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15