[发明专利]一种梳型共聚物、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种梳型聚合物、制备方法及其应用，具体地说是利用自由基溶液聚合和基团修饰的方法制备一种功能化梳型共聚物并将其应用于含蜡原油的管道运输和深海采油。

背景技术

众所周知，原油是一个十分复杂的混合物，主要含有轻烃组分、芳香族化合物、蜡、沥青质、胶质等物质。大多数原油的含蜡量大约为1～30％，有的甚至高达45％以上。我国所产的原油80％以上为高蜡原油，含蜡量大约为15～37％，个别原油的含蜡量在40％以上。由于蜡在原油中的的溶解度会随着温度的降低而降低，因此当温度低于蜡的凝点时，蜡就会析出形成蜡晶。蜡晶之间相互作用会形成复杂的三维网状结构，致使原油流动性变差，而且蜡晶和沥青质在管壁的沉积也会缩小甚至阻塞流道，从而给石油的开采和运输带来严重的困难，尤其当油田位于较冷地区或者深海时。因此，为了保障管输的安全运行并且实现高效节能，必须改进原油的低温流动性。

目前在实际生产中，解决这一问题的方法主要有物理法和化学法。物理法主要有：(1)加热法，通过对原油加热的方式来提高原油的流动性，但是该方法消耗大量燃料，投资和运行成本高；(2)“清管”法，在原油管道停止运输后采用橡皮球等机械手段对管道进行清理，此方法为结蜡后的处理方法，技术投资大、运行成本高；据美国能源部估计，修复海下400米的管道的花费是1百万美元/公里；(3)化学法，在原油中添加少量并且能够有效降低原油凝点和粘度的化学物质；这是一种预防性的方法，用量少、成本低。化学添加剂法投资少、操作简便，成为提高原油低温流动性的主要发展方向。

目前常用的高分子降凝剂主要有乙烯一醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、丙烯酸盐共聚物或其混合物。近年来虽然也有一些关于马来酸酐共聚物降凝剂的报道，但本发明设计和合成的功能化梳形共聚物与以往所有报道的马来酸酐共聚物均有所不同，且效果和通用性均有明显提高。美国化学学会权威期刊《Energy & Fuels》(2008年22卷6期4006-4011页)，《Journal of Petroleum Science and Engineering》(2009年65卷4期139-146页)和国内核心期刊《高分子通报》(1989年4期52-56页)，《油田化学》(2005年22卷3期195-197页)，《化学通报》(2005年22卷3期195-197页)，《油气田地面工程》(2006年25卷4期8-9页)，曾报道苯乙烯-马来酸酐共聚物和马来酸酐-丙烯酸酯共聚物，以及它们的衍生物作为原油降凝剂，如磺化苯乙烯-马来酸酐共聚物，可使原油降粘达到48％；苯乙烯-马来酸酐-丙烯酸十八酯，对原油的降粘率为34.7％；马来酸酐-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酰胺的四元共聚物，用脂肪醇酯化后可以使原油粘度降低83.2％。本发明与以上马来酸酐共聚物不同之处在于引入了含有不同长度非极性长侧链的聚合单体-α-烯烃，并通过对另一共聚单体马来酸酐进行不同程度的胺化或酯化，从而引入可控量的极性基团。这样，非极性的侧链通过成核或共晶作用破坏了原油中蜡的规整结构，而极性基团使沥青质得到了更好的分散，其效果相较文献报道的共聚物具有降凝、降粘效果更好，通用性更强的优点。在加入量为原油质量的0.1％时，对胜利、长庆、辽河原油的降粘效果均达到99％以上。

发明内容

由于原油产地和开采时间的差异，原油之间的组分差异较大。本发明通过共聚方法在聚合物链段中同时引入非极性长链和功能性极性基团。通过非极性基团间的缔合和极性基团间的耦合等组装作用，这类梳型共聚物可以同时与原油中的非极性蜡组分和极性的沥青质、胶质组分相互作用，从而有效阻止蜡晶的融合和沥青质、胶质的聚集。通过改变α-烯烃等碳链的长度、伯胺或伯醇的结构，以及控制胺化度或酯化度，可以调节梳型聚合物的疏水、亲水程度，从而显著增强该类聚合物改善原油低温流动性的效果和通用性。

本发明的目的在于通过调节梳型共聚物上极性和非极性功能团的比例，提高功能化梳型共聚物的通用性，开发可适用于大多数含蜡原油的流动改性剂。本发明利用自由基共聚制备梳型共聚物，并利用基团修饰法使梳型共聚物功能化。通过流变学和偏光显微镜等方法测试表明，功能化后的梳型共聚物能显著提高含蜡原油低温流动性。

本发明的一种梳型共聚物，其结构式如下：

所述梳型共聚物的分子量在3000～30000克/摩尔，酯化度或胺化度为0.5～2.0。

本发明功能化梳型共聚物的制备方法如下：

步骤一，自由基溶液聚合制备梳型共聚物，