[发明专利]一种氢键增强型水合物抑制剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氢键增强型水合物抑制剂，由单体N‑乙烯基吡咯烷酮和功能单体N‑甲基丙烯酰基甘氨酰胺聚合而成。水合物抑制剂的制备方法步骤：S1、以水为溶剂，将N‑乙烯基吡咯烷酮、功能单体及引发剂加入水中；S2、通氮气除去溶解氧和反应器中的氧气；S3、除氧后密封反应器，水浴加热至45‑60℃，反应时间4‑12h，反应结束后得到透明的聚合物胶体，即为水合物抑制剂。所述N‑甲基丙烯酰基甘氨酰胺由甲基丙烯酰氯与甘胺酰胺盐酸盐反应制备而成。本发明的水合物抑制剂对于水合物的生长有较好的抑制效果；多酰胺结构的功能单体，与乙烯基吡咯烷酮共聚后，协同提高水合物的抑制效果。

技术领域

本发明涉及油气生产技术领域，具体涉及一种氢键增强型水合物抑制剂及其制备方法。

背景技术

天然气水合物会影响钻井液性能、堵塞管线及设备，致使输送管道堵塞，引发安全事故，甚至重大灾难。随着油气钻井和天然气的开采逐渐向海洋深水区发展，水合物生成及其造成的影响成为必须要正视的问题。使用水合物抑制剂成为防止或抑制水合物生成的主要手段。

传统的乙醇、无机盐等热力学抑制剂用量大、对环境不友好且具有腐蚀性。而天然气动力学抑制剂的原理是延缓水合物成核或降低水合物晶体生长速率来影响水合物的形成，具有用量低的显著特点。目前动力学抑制剂多为含内酰胺结构的高分子均聚物或共聚物，例如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，其分子结构中含吡咯烷酮环，氧原子可与水合物之间形成氢键而吸附于其表面；此外吡咯烷酮环的位阻效应，也可抑制水合物晶粒的进一步生长。然而，有报道指出PVP能够适用的过冷度范围较小，一定情况下PVP甚至对水合物的生成产生促进作用。为此，许多学者开始从机理研究和分子设计的角度出发，寻求并设计出理论高效的抑制剂结构，其中含内酰胺结构的单体与酰胺类单体共聚得到的共聚物具有较好的抑制效果。进一步地，利用丙烯酰胺与含有其他基团的单体共聚，例如羟基、酰肼、氨基、酯基、磺酸基、羧基，得到的共聚物均具有较好的抑制效果。上述研究表明，采取自由基共聚合的原理，制备出兼具两种或多种单体特性的共聚物，能够显著提高抑制剂的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种氢键增强型水合物抑制剂。

本发明提供的氢键增强型水合物抑制剂以乙烯基吡咯烷酮为主单体、含多重氢键的单体作为功能单体，通过溶液聚合得到一种能够形成多重氢键的聚合物，即为水合物抑制剂。所述功能单体为N-甲基丙烯酰基甘氨酰胺。

水合物抑制剂的步骤方法如下：

S1、以水为溶剂，将N-乙烯基吡咯烷酮、功能单体N-甲基丙烯酰基甘氨酰胺及引发剂加入水中；所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵；

S2、通氮气除去溶解氧和反应器中的氧气；

S3、除氧后密封反应器，水浴加热至45-60℃，反应时间4-12h，反应结束后得到透明的聚合物胶体，即为水合物抑制剂。

优选的是，所述N-甲基丙烯酰基甘氨酰胺由甲基丙烯酰氯与甘胺酰胺盐酸盐反应制备而成。具体制备方法：甘酰胺盐酸盐溶于冰水中，冰浴通氮气，然后加入二氯甲烷和冰碳酸钾溶液，15min后停止通N₂，再将稀释于二氯甲烷的甲基丙烯酰氯逐滴加入上述混合溶液，冰水浴反应4h；调节pH＝2，除去有机相，用二氯甲烷洗水相，再用NaOH溶液调节pH为7；将水相滴入冰乙醇，析出固体，最后用冰乙醇洗两次，冷冻干燥，得到白色粉末。

优选的是，所述N-甲基丙烯酰基甘氨酰胺质量浓度为1％-10％。

优选的是，所述引发剂的加量占总单体的质量分数为0.01％-0.1％。

水合物抑制剂的制备反应原理如下：

式中：x，y为结构单元数，x范围为0.9-0.99，y范围为0.01-0.1。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：