ES2641318T3 - Macromolécula anfífila y uso - Google Patents

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Xuefeng SHI
Xiaohui Xu
Yuchun HAN
Yilin Wang
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Abstract

Una macromolécula anfífila que tiene, como unidades de repetición, una unidad estructural A para el ajuste del peso molecular, la distribución del peso molecular y las características de carga; una unidad estructural B muy impedida estéricamente; y una unidad estructural C anfífila, en la que la unidad estructural C anfífila tiene una estructura de fórmula (8):**Fórmula** en la fórmula (8), R9 es H o un grupo metilo; R10 es -N+(CH3)2(CH2)ξ CH3X-, -N+((CH2)δCH3)3X- o -N+(CH3)((CH2)tCH3)2X-; ξ es un número entero de 3 a 21; σ es un número entero de 2 a 9; t es un número entero de 3 a 15; X- es Cl- o Br-, caracterizada por que la unidad estructural B muy impedida estéricamente contiene una estructura G, siendo la estructura G una estructura de hidrocarburo cíclico formada sobre la base de dos átomos de carbono adyacentes en la cadena principal, o seleccionándose de una estructura de fórmula (3), y la unidad estructural B muy impedida estéricamente contiene opcionalmente una estructura de fórmula (4):**Fórmula** en la que, en la fórmula (3), R5 es H o un grupo metilo; R6 es un radical seleccionado de las estructuras de fórmula (5) y de fórmula (6).**Fórmula** en la fórmula (5), a es un número entero de 1 a 11; en la fórmula (4), R7 es H o un grupo metilo; R8 se selecciona del grupo que consiste en -NHPhOH, -OCH2Ph, -OPhOH, -OPhCOOH y sus sales, -NHC(CH3)2CH2SO3H y sus sales, -OC(CH3)2(CH2)bCH3, -NHC(CH3)2(CH2)cCH3, -OC(CH3)2CH2C(CH3)2(CH2)dCH3, -NHC(CH3)2CH2C(CH3)2(CH2)eCH3, -O(CH2)fN+(CH3)2CH2PhX-,**Fórmula** en la que b y c son números enteros de 0 a 21 respectivamente; d y e son números enteros de 0 a 17 respectivamente; f es un número entero de 2 a 8; y X- es Cl- o Br.

Description

imagen1
DESCRIPCIÓN
Macromolécula anfífila y uso
5 Campo técnico
La presente invención, se refiere a una macromolécula anfífila y a usos de la misma, y dicha macromolécula anfífila se puede aplicar en la perforación de yacimientos petrolíferos, en la cementación de pozos, en la fracturación, en la captación y en el transporte del petróleo crudo, en el tratamiento de aguas residuales, en el tratamiento de lodos residuales, y en la fabricación de papel, y se puede usar como un agente para intensificar de la producción de petróleo y un agente de desplazamiento del petróleo intensificado, un reductor de la viscosidad del aceite pesado, un fluido de fracturación, un estabilizador de arcillas, un agente para el tratamiento de aguas residuales, un coadyuvante de retención y un coadyuvante de drenaje, y un agente de refuerzo para la fabricación de papel.
15 Antecedentes de la invención
Se cree que la función principal del polímero usado para la recuperación terciaria del petróleo aumenta la viscosidad de la solución y disminuye la permeabilidad al agua en la capa de petróleo, para reducir la relación de movilidad y ajustar el perfil de inyección de agua y mejorar, por tanto, la recuperación del petróleo aumentando el factor de conformidad. La viscosidad de las soluciones y la estabilidad de la viscosidad son indicadores importantes para la determinación de las características de desplazamiento de los polímeros, siendo también un problema clave para la determinación del efecto de la recuperación. Con el continuo aumento del contenido de agua global de los yacimientos petrolíferos, se hace cada vez más difícil extraer petróleo y mantener una producción estable, por lo que los requisitos sobre el polímero usado para la recuperación terciaria del petróleo también aumentan de manera
25 constante.
La recuperación del aceite pesado es un problema común en todo el mundo. El aceite pesado tiene características de alta viscosidad, alto contenido de goma y de asfaltenos o un alto contenido de cera; el aceite pesado reúne aproximadamente el 70 % de azufre y el 90 % de nitrógeno del petróleo crudo, y el componente ligero que representa aproximadamente el 70 % del aceite pesado total es la sección convertible usando la tecnología actual, pero sigue siendo difícil convertirla de manera eficaz. El componente pesado, que representa aproximadamente el 20 % del aceite pesado total, es difícil de convertir directamente mediante el uso de la tecnología convencional. El resto de la fracción más pesada es el 10 % del residuo inferior del aceite pesado, que es rico en más del 70 % de metales y más del 40 % de azufre y nitrógeno, no se puede convertir eficazmente en producto ligero. El aceite 35 pesado no fluye fácilmente en la formación, en la perforación de los pozos ni en los oleoductos. Además, debido al alto cociente de la movilidad del petróleo y del agua, el aceite pesado puede causar fácilmente muchos problemas tales como una rápida penetración del agua, un alto contenido de agua en el fluido producido y una fácil producción de arena en la formación. El proceso de recuperación de aceite pesado se puede dividir principalmente en la recuperación de la inundación líquida (por ejemplo, inundación de agua caliente, resoplo y soplo de vapor, inundación de vapor, etc.) y la recuperación del aumento del rendimiento (por ejemplo, pozo horizontal, pozo ramificado de composición, calefacción eléctrica, etc.). Un reductor de la viscosidad química puede dispersar y emulsionar eficazmente el aceite pesado, reducir notablemente la viscosidad del aceite pesado y disminuir la resistencia al flujo del aceite pesado en la formación y en la perforación de los pozos, lo que es significativamente importante para reducir el consumo de energía en el proceso de recuperación, reducir la contaminación de descarga
45 y mejorar la recuperación de aceite pesado.
El documento CN101492515A desvela un copolímero de injerto modificado con acrilamida, y un método de preparación y uso del mismo. El copolímero de injerto modificado con acrilamida comprende acrilamida, monómero aniónico y/o monómero catiónico, macromonómero y monómero lipófobo iónico como componentes estructurales.
Descripción breve de la invención
En el siguiente contexto de la presente invención, a menos de que se defina de otro modo, el mismo grupo variable, y la misma fórmula molecular y estructural, tienen las mismas definiciones.
55 La presente invención se refiere a una macromolécula anfífila de acuerdo con la reivindicación 1. Esta macromolécula anfífila tiene unidades de repetición como las descritas más adelante: una unidad estructural A para el ajuste del peso molecular, la distribución del peso molecular y las características de carga; una unidad estructural B muy impedida estéricamente; y una unidad estructural C anfífila.
En una realización, la unidad estructural A para ajustar el peso molecular, la distribución del peso molecular y las características de carga comprende la unidad de monómero de (met)acrilamida A1 y/o la unidad de monómero (met)acrílico A2. Preferentemente, la unidad estructural A incluye la unidad de monómero de (met)acrilamida A1 y/o la unidad de monómero (met)acrílico A2 de forma simultánea. En la técnica, el peso molecular de la macromolécula
65 anfífila se puede seleccionar según las necesidades, pudiéndose seleccionar dicho peso molecular preferentemente entre 1.000.000-20.000.000.
imagen2
Preferentemente, la unidad de monómero de (met)acrilamida A1 tiene una fórmula estructural (1):
imagen3
5 En la fórmula (1), R1 es H o un grupo metilo; R2 y R3 se seleccionan independientemente del grupo que consiste en H y un grupo alquilo C1-C3; R2 y R3 son preferentemente H.
Preferentemente, la unidad de monómero (met)acrílico A2 es ácido (met)acrílico y/o (met)acrilato. Preferentemente, el (met)acrilato es el metacrilato de sodio.
10 Preferentemente, el porcentaje molar de la unidad de monómero de (met)acrilamida A1 en el total de unidades de repetición de la macromolécula anfífila es del 70 al 99 % molar; preferentemente, del 70 al 90 % molar, y más preferentemente, del 72,85 al 78 % molar.
15 Preferentemente, el porcentaje molar de la unidad de monómero met(acrílico) A2 en el total de unidades de repetición de la macromolécula anfífila es del 1 al 30 % molar; preferentemente, del 1 al 25 % molar, y más preferentemente, del 20 al 25 % molar.
En otra realización, la unidad estructural A para la regulación del peso molecular, de la distribución del peso 20 molecular y de las características de carga tiene una estructura de la fórmula (2):
imagen4
en la que R1 es H o un grupo metilo; R2 y R3 se seleccionan independientemente del grupo que consiste en H y un
25 grupo alquilo C1-C3; R2 y R3 son preferentemente H; R4 se selecciona de entre H o un grupo metilo; Gr, es –OH o -O-Na+; m y n representan los porcentajes molares de las unidades estructurales en el total de unidades de repetición de la macromolécula anfífila; y m es del 70 al 99 % molar, preferentemente del 70 al 90 % molar, más preferentemente del 72,85 al 78 % molar; n es del 1 al 30 % molar, preferentemente del 1 al 25 % molar, y más preferentemente del 20 al 25 % molar.
30 En otra realización, en la fórmula (2), R1-R3 son preferentemente H, y Gr es preferentemente -O-NA+.
La unidad estructural B muy impedida estéricamente contiene al menos una estructura G, en la que la estructura G es una estructura de hidrocarburo cíclico, formada sobre la base de dos átomos de carbono adyacentes en la
35 cadena principal o se selecciona de una estructura de la fórmula (3), y la unidad estructural B muy impedida estéricamente contiene, opcionalmente, una estructura de fórmula (4):
imagen5
Fórmula (3) fórmula (4)
En la fórmula (3), R5 es H o un grupo metilo; preferentemente, H; R6 es un radical seleccionado del grupo que consiste en las estructuras de las fórmulas (5) y (6).
imagen6
Fórmula (5) fórmula (6)
10 En la fórmula (5), a es un número entero de 1 a 11, preferentemente de 1 a 7.
En la fórmula (4), R7 es H o un grupo metilo; R8 se selecciona del grupo que consiste en -NHPhOH, -OCH2Ph, -OPhOH, -OPhCOOH y sus sales, -NHC(CH3)2CH2SO3H y sus sales, -OC(CH3)2(CH2)bCH3, -NHC(CH3)2(CH2)cCH3, 15 -OC(CH3)2CH2C(CH3)2(CH2)dCH3, -NHC(CH3)2CH2C(CH3)2(CH2)eCH3, -O(CH2)fN+(CH3)2CH2PhX-,
imagen7
en la que b y c son respectivamente números enteros de 0 a 21, preferentemente de 1 a 11; d y e son 20 respectivamente números enteros de 0 a 17, preferentemente de 1 a 7; f es un número entero de 2 a 8, preferentemente de 2 a 4; y X-es Cl-o Br-.
Preferentemente, la unidad estructural B muy impedida estéricamente comprende una estructura G y una estructura de fórmula (4).
25 En otra realización, la estructura de hidrocarburo cíclico, formada sobre la base de dos átomos de carbono adyacentes en la cadena principal, se selecciona del grupo que consiste en: Preferentemente, el porcentaje molar de la estructura G de la unidad estructural B muy impedida estéricamente del total de unidades de repetición de la macromolécula anfífila es del 0,02 al 2 % molar, preferentemente, del 0,02 al 1,0 % molar, y más preferentemente, del 0,05 al 0,5 % molar.
imagen8
imagen9
5 Preferentemente, el porcentaje molar de la estructura de fórmula (4) de la unidad estructural B muy impedida estéricamente del total de unidades de repetición de la macromolécula anfífila es del 0,05 al 5 % molar, preferentemente, del 0,1 al 2,5 % molar, y más preferentemente, del 0,1 al 1,0 % molar.
En otra realización, la unidad estructural B muy impedida estéricamente tiene una estructura de fórmula (7). 10
imagen10
En la fórmula (7), la definición de G es como se ha descrito anteriormente, preferentemente, la estructura de fórmula (3),
imagen11
las definiciones de R7 y R8 son como se han descrito en la fórmula (4). x e y representan los porcentajes molares de las unidades estructurales del total de unidades de repetición de la macromolécula anfífila, y x es del 0,02 al 2 % 20 molar, preferentemente del 0,02 al 1,0 % molar, más preferentemente del 0,05 al 0,5 % molar; y es del 0,05 al 5 % molar, preferentemente del 0,1 al 2,5 % molar, y más preferentemente del 0,1 al 1,0 % molar.
La unidad estructural C anfífila tiene una estructura de fórmula (8):
imagen12
En la fórmula (8), R9 es H o un grupo metilo; R10 es -N+(CH3)2(CH2)ξCH3X-, -N+((CH2)δCH3)3X-o -N+(CH3)((CH2)τCH3)2X-; ξ es un número entero de 3 a 21; σ es un número entero de 2 a 9; τ es un número entero de 3 a 15; X-es Cl-o Br-. Preferentemente, ξ es de 3 a 17, σ es de 2 a 5, τ es de 3 a 11.
30 Preferentemente, el porcentaje molar de la unidad estructural C anfífila del total de unidades de repetición de la macromolécula anfífila es del 0,05 al 10 % molar, preferentemente, del 0,1 al 5,0 % molar, y más preferentemente, del 0,5 al 1,8 % molar.
35 En otra realización, la macromolécula anfífila tiene una estructura de fórmula (9):
imagen13
fórmula (9)
En la fórmula (9), las definiciones de R4, m y n son como se han descrito en la fórmula (2); las definiciones de R7, R8,
5 G, x, e y son como se han descrito en la fórmula (7), las definiciones de R9 y R10 son como se han descrito en la fórmula (8); z representa el porcentaje molar de esta unidad estructural del total de unidades de repetición de la macromolécula anfífila, y z es del 0,05 al 10 % molar, preferentemente del 0,1 al 5,0 % molar, más preferentemente del 0,5 al 1,8 % molar.
10 En concreto, la presente invención proporciona un compuesto de alto peso molecular que tiene una estructura de
imagen14
imagen15
imagen16
imagen17
5 El peso molecular de la macromolécula anfífila descrita anteriormente es de entre 1.000.000 y 20.000.000; preferentemente de entre 3.000.000 y 13.000.000.
La medición del peso molecular M se realiza del siguiente modo: se mide la viscosidad intrínseca [η] mediante el viscosímetro de Ubbelohde de la forma conocida en la técnica y, a continuación, el valor obtenido de la viscosidad 10 intrínseca [η] se usa en la siguiente ecuación, obteniéndose el peso molecular M deseado:
M = 802[η]1,25
La macromolécula anfífila de acuerdo con la presente invención se puede preparar mediante métodos conocidos en
15 la técnica, por ejemplo, mediante la polimerización de la unidad estructural para el ajuste del peso molecular, la distribución del peso molecular y las características de carga, la unidad estructural muy impedida estéricamente y la unidad estructural anfífila en presencia de un iniciador. El proceso de polimerización puede ser cualquier tipo conocido en la técnica, tal como la polimerización en suspensión, la polimerización en emulsión, la polimerización en solución, la polimerización por precipitación, etc.
20 Un método de preparación típico es el siguiente: se dispersan o se disuelven los monómeros anteriores en un sistema acuoso bajo agitación, la mezcla de monómeros se polimeriza con ayuda de un iniciador bajo atmósfera de nitrógeno para formar la macromolécula anfífila. Hasta la fecha, se pueden usar todas las tecnologías relevantes existentes para preparar macromoléculas anfífilas para preparar la macromolécula anfífila de la presente invención.
25 Todos los monómeros para preparar la macromolécula anfífila pueden estar disponibles en el mercado o pueden prepararse directamente basándose en la tecnología de la técnica anterior, y las síntesis de algunos monómeros se describen en detalle en ejemplos específicos.
Descripción de las figuras
La Figura 1 representa la relación de la viscosidad frente a la concentración de las macromoléculas anfífilas obtenidas de los Ejemplos 1-5 de la invención en solución salina que tiene un grado de mineralización de 3 x
5 104 mg/l a una temperatura de 85 ºC. La Figura 2 representa la relación de la viscosidad frente a la temperatura de las macromoléculas anfífilas obtenidas de los Ejemplos 1-5 de la invención en solución salina que tiene un grado de mineralización de 3 x 104 mg/l a una concentración de 1.750 mg/l.
10 Descripción detallada de la invención
A continuación, se ilustra la presente invención en mayor profundidad combinando ejemplos específicos; sin embargo, la presente invención no se limita a los siguientes ejemplos.
15 Ejemplo 1
El presente ejemplo sintetizó la macromolécula anfífila de fórmula (I):
imagen18
20 La síntesis de la macromolécula anfífila del presente ejemplo fue la siguiente:
En primer lugar, se cargó agua, que representaba 3/4 del peso total del sistema de reacción, en un reactor, y luego se introdujeron también en el reactor diversos monómeros que representaban en su totalidad 1/4 del peso 25 total del sistema de reacción, y los porcentajes molares m, n, x, y, z para cada unidad de repetición fueron del 75 %, 23 %, 0,15 %, 0,65 %, 1,2 % por orden. Se agitó la mezcla hasta la disolución completa, y después se añadió un agente de ajuste del pH para ajustar la solución de reacción para que tuviera un valor de pH de aproximadamente 9; luego se introdujo gas nitrógeno durante 30 minutos para eliminar el oxígeno contenido en la misma. Se añadió un iniciador al reactor bajo la protección de gas nitrógeno, y se continuó con el gas
30 nitrógeno durante 10 minutos más; después se selló el reactor. La reacción se realizó a una temperatura de 28 ºC; después de 5 horas, se terminó la reacción con una conversión completa. Tras el secado del producto obtenido, se obtuvo macromolécula anfífila en polvo. El peso molecular de la macromolécula anfífila fue de 1.160 × 104.
35 Ejemplo 2
El presente ejemplo sintetizó la macromolécula anfífila de fórmula (II): La vía de síntesis del monómero
imagen19
5
imagen20
fue la siguiente:
imagen21
10 La síntesis de la macromolécula anfífila del presente ejemplo fue la siguiente:
En primer lugar, se cargó agua, que representaba 3/4 del peso total del sistema de reacción, en un reactor, y luego se introdujeron también en el reactor diversos monómeros que representaban en su totalidad 1/4 del peso total del sistema de reacción, y los porcentajes molares m, n, x, y, z para cada unidad de repetición fueron del 15 75 %, 24 %, 0,15 %, 0,1 %, 0,75 % por orden. Se agitó la mezcla hasta la disolución completa, y después se añadió un agente de ajuste del pH para ajustar la solución de reacción para que tuviera un valor de pH de aproximadamente 8; luego se introdujo gas nitrógeno durante 40 minutos para eliminar el oxígeno contenido en la misma. Se añadió un iniciador al reactor bajo la protección de gas nitrógeno, y se continuó con el gas nitrógeno durante 10 minutos más; después se selló el reactor. La reacción se realizó a una temperatura de 25 20 ºC; después de 5,5 horas, se terminó la reacción con una conversión completa. Tras el secado del producto obtenido, se obtuvo macromolécula anfífila en polvo. El peso molecular de la macromolécula anfífila fue de 730 ×
104.
Ejemplo 3 25 El presente ejemplo sintetizó la macromolécula anfífila de fórmula (III):
imagen22
La vía de síntesis del monómero
imagen23
10 La síntesis de la macromolécula anfífila del presente ejemplo fue la siguiente:
En primer lugar, se cargó agua, que representaba 3/4 del peso total del sistema de reacción, en un reactor, y luego se introdujeron también en el reactor diversos monómeros que representaban en su totalidad 1/4 del peso 15 total del sistema de reacción, y los porcentajes molares m, n, x, y, z para cada unidad de repetición fueron del 77 %, 21 %, 0,25 %, 0,25 %, 1,5 % por orden. Se agitó la mezcla hasta la disolución completa, y después se añadió un agente de ajuste del pH para ajustar la solución de reacción para que tuviera un valor de pH de aproximadamente 9; luego se introdujo gas nitrógeno durante 30 minutos para eliminar el oxígeno contenido en la misma. Se añadió un iniciador al reactor bajo la protección de gas nitrógeno, y se continuó con el gas 20 nitrógeno durante 10 minutos más; después se selló el reactor. La reacción se realizó a una temperatura de 23 ºC; después de 5 horas, se terminó la reacción con una conversión completa. Tras el secado del producto obtenido, se obtuvo macromolécula anfífila en polvo. El peso molecular de la macromolécula anfífila fue de 720 ×
104.
25 Ejemplo 4
El presente ejemplo sintetizó la macromolécula anfífila de fórmula (IV):
imagen24
La vía de síntesis del monómero
imagen25
fue la siguiente:
imagen26
La síntesis de la macromolécula anfífila del presente ejemplo fue la siguiente:
5 En primer lugar, se cargó agua, que representaba 3/4 del peso total del sistema de reacción, en un reactor, y luego se introdujeron también en el reactor diversos monómeros que representaban en su totalidad 1/4 del peso total del sistema de reacción, y los porcentajes molares m, n, x, y, z para cada unidad de repetición fueron del 75 %, 23 %, 0,05 %, 0,15 %, 1,8 % por orden. Se agitó la mezcla hasta la disolución completa, y después se añadió un agente de ajuste del pH para ajustar la solución de reacción para que tuviera un valor de pH de
10 aproximadamente 9; luego se introdujo gas nitrógeno durante 30 minutos para eliminar el oxígeno contenido en la misma. Se añadió un iniciador al reactor bajo la protección de gas nitrógeno, y se continuó con el gas nitrógeno durante 10 minutos más; después se selló el reactor. La reacción se realizó a una temperatura de 28 ºC; después de 5 horas, se terminó la reacción con una conversión completa. Tras el secado del producto obtenido, se obtuvo macromolécula anfífila en polvo. El peso molecular de la macromolécula anfífila fue de 460 ×
15 104.
Ejemplo 5
El presente ejemplo sintetizó la macromolécula anfífila de fórmula (V):
imagen27
La vía de síntesis del monómero
fue la siguiente:
imagen28
imagen29
10 La síntesis de la macromolécula anfífila del presente ejemplo fue la siguiente:
En primer lugar, se cargó agua, que representaba 3/4 del peso total del sistema de reacción, en un reactor, y luego se introdujeron también en el reactor diversos monómeros que representaban en su totalidad 1/4 del peso 15 total del sistema de reacción, y los porcentajes molares m, n, x, y, z para cada unidad de repetición fueron del 78 %, 20 %, 0,2 %, 1 %, 0,8 % por orden. Se agitó la mezcla hasta la disolución completa, y después se añadió un agente de ajuste del pH para ajustar la solución de reacción para que tuviera un valor de pH de aproximadamente 10; luego se introdujo gas nitrógeno durante 30 minutos para eliminar el oxígeno contenido en la misma. Se añadió un iniciador al reactor bajo la protección de gas nitrógeno, y se continuó con el gas 20 nitrógeno durante 10 minutos más; después se selló el reactor. La reacción se realizó a una temperatura de 25 ºC; después de 6 horas, se terminó la reacción con una conversión completa. Tras el secado del producto obtenido, se obtuvo macromolécula anfífila en polvo. El peso molecular de la macromolécula anfífila fue de 580 ×
104.
25 Ejemplo 6
El presente ejemplo sintetizó la macromolécula anfífila de fórmula (VI):
imagen30
La síntesis de la macromolécula anfífila del presente ejemplo fue la siguiente:
5 En primer lugar, se cargó agua, que representaba 3/4 del peso total del sistema de reacción, en un reactor, y luego se introdujeron también en el reactor diversos monómeros que representaban en su totalidad 1/4 del peso total del sistema de reacción, y los porcentajes molares m, n, x, y, z para cada unidad de repetición fueron del 73 %, 24 %, 0,5 %, 1 %, 1,5 % por orden. Se agitó la mezcla hasta la disolución completa, y después se añadió un agente de ajuste del pH para ajustar la solución de reacción para que tuviera un valor de pH de
10 aproximadamente 8; luego se introdujo gas nitrógeno durante 30 minutos para eliminar el oxígeno contenido en la misma. Se añadió un iniciador al reactor bajo la protección de gas nitrógeno, y se continuó con el gas nitrógeno durante 10 minutos más; después se selló el reactor. La reacción se realizó a una temperatura de 55 ºC; después de 3 horas, se terminó la reacción con una conversión completa. Tras el secado del producto obtenido, se obtuvo macromolécula anfífila en polvo. El peso molecular de la macromolécula anfífila fue de 770 ×
15 104.
Ejemplo 7
imagen31
La síntesis de la macromolécula anfífila del presente ejemplo fue la siguiente:
En primer lugar, se cargó agua, que representaba 3/4 del peso total del sistema de reacción, en un reactor, y luego se introdujeron también en el reactor diversos monómeros que representaban en su totalidad 1/4 del peso total del sistema de reacción, y los porcentajes molares m, n, x, y, z para cada unidad de repetición fueron del 77 %, 22 %, 0,25 %, 0,25 %, 0,5 % por orden. Se agitó la mezcla hasta la disolución completa, y después se añadió un agente de ajuste del pH para ajustar la solución de reacción para que tuviera un valor de pH de aproximadamente 9; luego se introdujo gas nitrógeno durante 30 minutos para eliminar el oxígeno contenido en la misma. Se añadió un iniciador al reactor bajo la protección de gas nitrógeno, y se continuó con el gas nitrógeno durante 10 minutos más; después se selló el reactor. La reacción se realizó a una temperatura de 55 ºC; después de 2 horas, se terminó la reacción con una conversión completa. Tras el secado del producto obtenido, se obtuvo macromolécula anfífila en polvo. El peso molecular de la macromolécula anfífila fue de 920 × 5 104.
imagen32
Ejemplo 8
El presente ejemplo sintetizó la macromolécula anfífila de fórmula (VIII): 10
imagen33
La síntesis de la macromolécula anfífila del presente ejemplo fue la siguiente:
15 En primer lugar, se cargó agua, que representaba 3/4 del peso total del sistema de reacción, en un reactor, y luego se introdujeron también en el reactor diversos monómeros que representaban en su totalidad 1/4 del peso total del sistema de reacción, y los porcentajes molares m, n, x, y, z para cada unidad de repetición fueron del 72,85 %, 25 %, 0,15 %, 1 %, 1 % por orden. Se agitó la mezcla hasta la disolución completa, y después se añadió un agente de ajuste del pH para ajustar la solución de reacción para que tuviera un valor de pH de
20 aproximadamente 10; luego se introdujo gas nitrógeno durante 30 minutos para eliminar el oxígeno contenido en la misma. Se añadió un iniciador al reactor bajo la protección de gas nitrógeno, y se continuó con el gas nitrógeno durante 10 minutos más; después se selló el reactor. La reacción se realizó a una temperatura de 55 ºC; después de 3 horas, se terminó la reacción con una conversión completa. Tras el secado del producto obtenido, se obtuvo macromolécula anfífila en polvo. El peso molecular de la macromolécula anfífila fue de 430 ×
25 104.
Ejemplo 9
El presente ejemplo sintetizó la macromolécula anfífila de fórmula (IX):
imagen34
La síntesis de la macromolécula anfífila del presente ejemplo fue la siguiente:
5 En primer lugar, se cargó agua, que representaba 3/4 del peso total del sistema de reacción, en un reactor, y luego se introdujeron también en el reactor diversos monómeros que representaban en su totalidad 1/4 del peso total del sistema de reacción, y los porcentajes molares m, n, x, y, z para cada unidad de repetición fueron del 75 %, 23 %, 0,25 %, 0,25 %, 1,5 % por orden. Se agitó la mezcla hasta la disolución completa, y después se añadió un agente de ajuste del pH para ajustar la solución de reacción para que tuviera un valor de pH de
10 aproximadamente 8; luego se introdujo gas nitrógeno durante 30 minutos para eliminar el oxígeno contenido en la misma. Se añadió un iniciador al reactor bajo la protección de gas nitrógeno, y se continuó con el gas nitrógeno durante 10 minutos más; después se selló el reactor. La reacción se realizó a una temperatura de 50 ºC; después de 2,5 horas, se terminó la reacción con una conversión completa. Tras el secado del producto obtenido, se obtuvo macromolécula anfífila en polvo. El peso molecular de la macromolécula anfífila fue de 690 ×
15 104.
Ejemplo 10
El presente ejemplo sintetizó la macromolécula anfífila de fórmula (X): 20
imagen35
La síntesis de la macromolécula anfífila del presente ejemplo fue la siguiente:
25 En primer lugar, se cargó agua, que representaba 3/4 del peso total del sistema de reacción, en un reactor, y luego se introdujeron también en el reactor diversos monómeros que representaban en su totalidad 1/4 del peso total del sistema de reacción, y los porcentajes molares m, n, x, y, z para cada unidad de repetición fueron del 75 %, 23 %, 0,25 %, 0,25 %, 1,5 % por orden. Se agitó la mezcla hasta la disolución completa, y después se añadió un agente de ajuste del pH para ajustar la solución de reacción para que tuviera un valor de pH de
30 aproximadamente 8; luego se introdujo gas nitrógeno durante 30 minutos para eliminar el oxígeno contenido en la misma. Se añadió un iniciador al reactor bajo la protección de gas nitrógeno, y se continuó con el gas nitrógeno durante 10 minutos más; después se selló el reactor. La reacción se realizó a una temperatura de 50 ºC; después de 4 horas, se terminó la reacción con una conversión completa. Tras el secado del producto obtenido, se obtuvo macromolécula anfífila en polvo. El peso molecular de la macromolécula anfífila fue de 830 ×
imagen36
104.
Ejemplos de medición 5 Ejemplo de medición 1
Se usó solución salina con un grado de mineralización de 3 x 104 mg/l para preparar soluciones de macromoléculas anfífilas con diferentes concentraciones, y se determinó la relación entre la concentración, la temperatura y la
10 viscosidad de la solución. Los resultados se muestran en la Figura 1 y la Figura 2.
Las figuras mostraron que las soluciones de macromoléculas anfífilas de los Ejemplos 1-5 siguen teniendo una capacidad de viscosificación favorable en las condiciones de alta temperatura y alto grado de mineralización. La unidad muy impedida estéricamente de la macromolécula anfífila redujo el grado de libertad rotacional en la cadena
15 principal y aumentó la rigidez de la cadena de la macromolécula, lo que hizo que la cadena de la macromolécula fuera difícil de enrollarse y tendiera a estirarse, aumentando así el radio hidrodinámico de la macromolécula; mientras que la unidad estructural anfífila se asoció entre sí para formar el microdominio por interacción intramolecular o intermolecular, aumentando así notablemente la capacidad de viscosificación de la solución en las condiciones de alta temperatura y alta salinidad.
20 Ejemplo de medición 2
Método de ensayo: Bajo una temperatura de ensayo de 25 ºC, se añadieron 25 ml de muestras de petróleo crudo de deshidratación eléctrica de tres tipos de yacimientos petrolíferos a un tubo de ensayo de 50 ml con un tapón, a
25 continuación, se añadieron 25 ml de soluciones acuosas de macromolécula anfífila con diferentes concentraciones formuladas con agua destilada. Se cerró bien el tapón del tubo de ensayo, después se sacudió el tubo de ensayo manualmente o usando una caja oscilante de 80 a 100 veces en dirección horizontal, debiendo ser la amplitud de la sacudida superior a 20 cm. Tras un mezclado suficiente, se soltó el tapón del tubo de ensayo. Se calculó la velocidad de reducción de la viscosidad para el petróleo crudo de acuerdo con la siguiente ecuación:
30
Tabla 1. Resultados experimentales de la reducción de la viscosidad del petróleo crudo de la macromolécula anfífila obtenida del Ejemplo 6 al Ejemplo 10 (proporción de petróleo-agua: 1:1, 25 ºC)
Proporción en volumen de petróleoagua (1:1)
Muestra de petróleo 1 Velocidad de reducción de la viscosidad (%) Muestra de petróleo 2 Velocidad de reducción de la viscosidad (%) Muestra de petróleo 2 Velocidad de reducción de la viscosidad (%)
Temperatura del ensayo (25 ºC)
Viscosidad inicial
1.650 - 5.100 - 16.000 -
(mPa•s)
Ejemplo 6
400 mg/l 730 55,76 1.750 65,69 7.100 55,63
600 mg/l
470 71,52 1.250 75,49 3.250 79,69
800 mg/l
330 80,00 950 81,37 1.850 88,44
1.000 mg/l
295 82,12 820 83,92 1.500 90,63
1.200 mg/l
270 83,64 675 86,76 1.225 92,34
Ejemplo 7
400 mg/l 780 52,73 1.800 64,71 7.700 51,88
600 mg/l
590 64,24 1.350 73,53 4.200 73,75
800 mg/l
460 72,12 1.100 78,43 2.850 82,19
1.000 mg/l
340 79,39 880 82,75 1.900 88,13
1.200 mg/l
300 81,82 790 84,51 1.500 90,63
imagen37
Proporción en volumen de petróleoagua (1:1)
Muestra de petróleo 1 Velocidad de reducción de la viscosidad (%) Muestra de petróleo 2 Velocidad de reducción de la viscosidad (%) Muestra de petróleo 2 Velocidad de reducción de la viscosidad (%)
Temperatura del ensayo (25 ºC)
Ejemplo 8
400 mg/l 820 50,30 1.475 71,08 5.650 64,69
600 mg/l
590 64,24 1.200 76,47 3.950 75,31
800 mg/l
450 72,73 850 83,33 2.600 83,75
1.000 mg/l
375 77,27 670 86,86 1.450 90,94
1.200 mg/l
330 80,00 620 87,84 1.290 91,94
Ejemplo 9
400 mg/l 780 52,73 1.450 71,57 5.800 63,75
600 mg/l
450 72,73 1.150 77,45 4.100 74,38
800 mg/l
360 78,18 850 83,33 2.500 84,38
1.000 mg/l
280 83,03 680 86,67 1.570 90,19
1.200 mg/l
260 84,24 620 87,84 1.390 91,31
Ejemplo 10
400 mg/l 710 56,97 1.450 71,57 5.270 67,06
600 mg/l
500 69,70 1.050 79,41 3.100 80,63
800 mg/l
410 75,15 830 83,73 1.890 88,19
1.000 mg/l
320 80,61 675 86,76 1.200 92,50
1.200 mg/l
270 83,64 650 87,25 950 94,06
La Tabla 1 mostró que las macromoléculas anfífilas de los Ejemplos 6-10 tenían buenos efectos para la reducción de la viscosidad en cuanto a las tres muestras de petróleo. Con el aumento de la concentración de la solución de
5 macromolécula anfífila, aumentó la velocidad de reducción de la viscosidad. Además, cuando la concentración de la solución de macromolécula anfífila era la misma, la velocidad de reducción de la viscosidad aumentó al aumentar la viscosidad de la muestra de petróleo. Se cree que la macromolécula anfífila podría reducir notablemente la viscosidad del petróleo crudo a través de un efecto sinérgico entre la unidad estructural muy impedida estéricamente y la unidad estructural anfífila, que podría emulsionar y dispersar de manera eficaz el petróleo crudo.
10 Aplicación industrial
La macromolécula anfífila de la presente invención se puede usar en la perforación de yacimientos petrolíferos, en la cementación de pozos, en la fracturación, en la captación y en el transporte del petróleo crudo, en el tratamiento de
15 aguas residuales, en el tratamiento de lodos residuales, y en la fabricación de papel, y se puede usar como agente para intensificar la producción de petróleo y un agente de desplazamiento del petróleo intensificado, un reductor de la viscosidad del aceite pesado, un fluido de fracturación, un estabilizador de arcillas, un agente para el tratamiento de aguas residuales, un coadyuvante de retención y un coadyuvante de drenaje, así como un agente de refuerzo para la fabricación de papel.
20 La macromolécula anfífila de la presente invención es especialmente adecuada para la explotación del petróleo crudo, por ejemplo, puede usarse como un polímero de desplazamiento de petróleo intensificado y un reductor de la viscosidad para el aceite pesado. Cuando se usa como un agente de desplazamiento de petróleo, tiene un notable efecto de viscosificación incluso en condiciones de alta temperatura y alta salinidad, y puede, por tanto, mejorar la
25 recuperación del petróleo crudo. Cuando se usa como reductor de la viscosidad para el aceite pesado, puede reducir notablemente la viscosidad del aceite pesado y disminuir su resistencia al flujo del mismo en la formación y perforación de los pozos mediante la emulsión y dispersión eficaz del aceite pesado.

Claims (12)

  1. imagen1
    REIVINDICACIONES
    1. Una macromolécula anfífila que tiene, como unidades de repetición, una unidad estructural A para el ajuste del peso molecular, la distribución del peso molecular y las características de carga; una unidad estructural B muy impedida estéricamente; y una unidad estructural C anfífila, en la que la unidad estructural C anfífila tiene una estructura de fórmula (8):
    imagen2
    en la fórmula (8), R9 es H o un grupo metilo; R10 es -N+(CH3)2(CH2)ξCH3X-, -N+((CH2)δCH3)3X-o
    10 -N+(CH3)((CH2)τCH3)2X-; ξ es un número entero de 3 a 21; σ es un número entero de 2 a 9; τ es un número entero de 3 a 15; X-es Cl-o Br-, caracterizada por que la unidad estructural B muy impedida estéricamente contiene una estructura G, siendo la estructura G una estructura de hidrocarburo cíclico formada sobre la base de dos átomos de carbono adyacentes en la cadena principal, o seleccionándose de una estructura de fórmula (3), y la unidad estructural B muy impedida estéricamente contiene
    15 opcionalmente una estructura de fórmula (4):
    imagen3
    fórmula (3) y fórmula (4)
    20 en la que, en la fórmula (3), R5 es H o un grupo metilo; R6 es un radical seleccionado de las estructuras de fórmula
    (5) y de fórmula (6).
    imagen4
    fórmula (5) , fórmula (6)
    25 en la fórmula (5), a es un número entero de 1 a 11; en la fórmula (4), R7 es H o un grupo metilo; R8 se selecciona del grupo que consiste en -NHPhOH, -OCH2Ph, -OPhOH, -OPhCOOH y sus sales, -NHC(CH3)2CH2SO3H y sus sales, -OC(CH3)2(CH2)bCH3, -NHC(CH3)2(CH2)cCH3, -OC(CH3)2CH2C(CH3)2(CH2)dCH3, -NHC(CH3)2CH2C(CH3)2(CH2)eCH3, -O(CH2)fN+(CH3)2CH2PhX-,
    30 en la que b y c son números enteros de 0 a 21 respectivamente; d y e son números enteros de 0 a 17 respectivamente; f es un número entero de 2 a 8; y X-es Cl-o Br.
    imagen5
    imagen6
  2. 2. La macromolécula anfífila según lo reivindicado en la reivindicación 1, caracterizada por que la unidad estructural
    5 A para ajustar el peso molecular, la distribución del peso molecular y las características de carga comprende una unidad de monómero de (met)acrilamida A1 y/o una unidad de monómero (met)acrílico A2.
  3. 3. La macromolécula anfífila según lo reivindicado en la reivindicación 2, caracterizada por que, basándose en el 100 % molar del total de unidades de repetición de la macromolécula anfífila, el porcentaje molar de la unidad de
    10 monómero de (met)acrilamida A1 es del 70 al 99 % molar, y el porcentaje molar de la unidad de monómero (met)acrílico A2 es del 1 al 30 % molar.
  4. 4. La macromolécula anfífila según lo reivindicado en la reivindicación 1, caracterizada por que, basándose en el
    100 % molar del total de unidades de repetición de la macromolécula anfífila, el porcentaje molar de la estructura G 15 es del 0,02 al 2 % molar, y el porcentaje molar de la estructura de fórmula (4) es del 0,05 al 5 % molar.
  5. 5. La macromolécula anfífila según lo reivindicado en la reivindicación 1, caracterizada por que, basándose en el 100 % molar del total de unidades de repetición de la macromolécula anfífila, el porcentaje molar de la estructura de fórmula (8) es del 0,05 al 10 % molar.
    20
  6. 6. La macromolécula anfífila según lo reivindicado en la reivindicación 1, caracterizada por que la unidad estructural A para ajustar el peso molecular, la distribución del peso molecular y las características de carga tiene una estructura de fórmula (2):
    imagen7
    25
    en la que, en la fórmula (2), R1 es H o un grupo metilo; R2 y R3 se seleccionan independientemente del grupo que consiste en H y un grupo alquilo C1-C3; R4 se selecciona del grupo que consiste en H o un grupo metilo; Gr, es –OH o -O-Na+; m y n representan los porcentajes molares de las unidades estructurales de toda la macromolécula anfífila;
    30 y m es del 70 al 99% molar; n es del 1 al 30% molar.
  7. 7. La macromolécula anfífila según lo reivindicado en la reivindicación 1, caracterizada por que la estructura de hidrocarburo cíclico formada sobre la base de los dos átomos de carbono adyacentes de la cadena principal se selecciona del grupo que consiste en:
    35
    imagen8
  8. 8.
    La macromolécula anfífila según lo reivindicado en la reivindicación 1, caracterizada por que la unidad estructural B muy impedida estéricamente tiene una estructura de fórmula (7):
    en la que, en la fórmula (7), la definición de G es como se ha descrito en la reivindicación 1; las definiciones de R7 y R8 son como se han descrito en la fórmula (4); x e y representan respectivamente los porcentajes molares de las unidades estructurales de toda la macromolécula anfífila; y x es del 0,02 al 2 % molar, e y es del 0,05 al 5 % molar.
  9. 9.
    La macromolécula anfífila según lo reivindicado en la reivindicación 1, caracterizada por que la macromolécula anfífila tiene una estructura de fórmula (9):
    imagen9
    imagen10
    en la fórmula (9), las definiciones de R4, m y n son como se han descrito en la fórmula (2); las definiciones de R7, R8, G, x, e y son como se han descrito en la fórmula (7); las definiciones de R9 y R10 son como se han descrito en la 15 fórmula (8); z representa el porcentaje molar de esta unidad estructural en el total de las unidades de repetición de la macromolécula anfífila, y z es del 0,05 al 10 % molar.
  10. 10.
    La macromolécula anfífila según lo reivindicado en la reivindicación 1, que es un compuesto de fórmula (I)-(X):
  11. 11.
    La macromolécula anfífila según lo reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada por que tiene un peso molecular de entre 1 000 000 y 20 000 000.
  12. 12.
    Uso de la macromolécula anfífila según lo reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 en la
    imagen11
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    5 perforación de yacimientos petrolíferos, en la cementación de pozos, en la fracturación, en la captación y en el transporte del petróleo crudo, en el tratamiento de aguas residuales, en el tratamiento de lodos residuales, y en la fabricación de papel, como un agente para intensificar la producción de petróleo y un agente de desplazamiento del petróleo intensificado, un reductor de la viscosidad del aceite pesado, un fluido de fracturación, un estabilizador de arcillas, un agente para el tratamiento de aguas residuales, un coadyuvante de retención y un coadyuvante de
    10 drenaje, así como un agente de refuerzo para la fabricación de papel.
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