摘要

以二甲氨基乙醇和丙烯酰氯为原料，制得丙烯酸二甲胺乙酯（DMAEA）；DMAEA与1,3-丙磺内酯反应制得甜菜碱型乙烯基两性离子单体—甲基丙烯酰氧乙基二甲基丙磺酸铵（MSBM）；MSBM与50%丙烯酰胺水溶液共聚合成了两性聚合物丙烯酰胺/甲基丙烯酰氧乙基二甲基丙磺酸铵（AM/MSBM），其结构经¹H NMR和IR确证。研究了矿化度，剪切作用和温度对AM/MSBM粘度的影响。结果表明：AM/MSBM具有反聚电解质溶液行为。在实验条件（盐化矿化度1075.9mg·L^-1，温度45~75℃，剪切速率2000rpm）下，AM/MSBM的粘度保持率＞90%。模拟驱油实验结果表明：AM/MSBM可提高采收率13.2%。

丙烯酰胺类聚合物是丙烯酰胺（AM）均聚物和AM与其它单体聚合所得共聚物的统称。这类聚合物大多为线型水溶性聚合物，是油田中应用最广泛的水溶性聚合物产品之一。其中最具代表性的是AM与丙烯酸共聚物。

随着油田开发进入后期，提高采收率技术成为油田可持续发展的重要措施之一。聚丙烯酰胺（PAM）的生产、性能和应用研究越来越受到人们的关注。PAM及其衍生物广泛应用于石油工业的三次采油中，成为提高原油采收率的重要手段。

   PAM于1893年研制成功，但直到1954年才得以工业化生产。我国于上世纪60年代初开始生产PAM，生产规模较小。丁伟等以丙烯酰胺丙基二甲基胺（DMAPAA）和1,3-丙基磺内酯为原料，于55℃反应20h合成了3-（丙烯酰胺丙基二甲胺基）丙磺酸盐（DMAPAAS）；DMAPAAS与AM在盐溶液中进行自由基共聚合反应，合成了净电荷为零的磺基甜菜碱型两性离子共聚物P（AM-DMAPAAS）。

   本文在文献方法的基础上，以二甲氨基乙醇和丙烯酰氯为原料，制得丙烯酸二甲胺乙酯（DMAEA）；DMAEA与1,3-丙磺内酯反应制得甜菜碱型乙烯基两性离子单体—甲基丙烯酰氧乙基二甲基丙磺酸铵（MSBM）；MSBM与50%AM水溶液共聚合成了两性聚合物丙烯酰胺/甲基丙烯酰氧乙基二甲基丙磺酸铵（AM/MSBM，Scheme 1），其结构经¹H NMR和IR确证。研究了矿化度，剪切作用和温度对AM/MSBM粘度的影响。

1. 实验部分

1.1 仪器与试剂

l Bruker-AVANCE DMX500型核磁共振仪（CD3OD为溶剂，TMS为内标）；

l Bruker-Tensor 27型傅立叶变换型红外光谱仪（KBr压片）；

l 2WAJ型阿贝折光仪；

l KL300型乳化机；

l 稀释型乌氏粘度计。

u 1,3-丙磺内酯，分析纯，湖北远成赛创科技有限公司；

u 50%AM水溶液，工业品，大庆炼化公司聚合物厂；

u Span-80，Tween-80，工业品，旅顺化工厂；

u 加氢煤油，工业品，大庆石化总厂；

u 其余所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

（1）MSBM的合成

  丙烯酰氯1 mol，二甲氨基乙醇2.05 mol，阻聚剂吩噻嗪3.2g，于5℃反应4h。过滤，滤液常压浓缩后减压蒸去残余的未反应物，收集75℃/29.4KPa的馏份得无色透明液体DMAEA。

  在四口瓶中加入DMAEA 10g和丙酮150mL，搅拌下滴加丙磺内酯6g，于30℃反应24h。过滤，滤饼真空干燥得白色固体MSBM 3.9g。

（2）AM/MSBM的合成

  在反应瓶中加入Span-80 10mL，Tween-80 15mL和加氢煤油120mL，搅拌使其溶解；加入50%AM水溶液200mL和MSBM 3.9g，去离子水150mL，适量氯化钠和EDTA 8mL，用乳化机制成稳定的乳状液。移入四口烧瓶中，通氮除氧，搅拌下于50℃加入AIBN 3mg，反应6h，于70℃反应1h。用10000r•min^-1的离心机离心，沉淀真空干燥得白色固体AM/MSBM。

1.3 驱油性能测试

  测试条件：驱替岩心为石英砂环氧胶结非均质人造岩心（4.5cm×4.5cm×30cm），渗透率变异系数为0.65。实验用油为大庆油田脱气原油，实验用模拟盐水（矿化度4303.60mg•L^-1），聚合物溶液为1000mg•L^-1，实验温度为45℃。

  测试步骤：将岩心抽空3.5h，用饱和盐水测定人造岩心孔隙度后，于45℃干燥2h。用脱气原油驱水至模型出口不出水为止，确定原始含油饱和度。在1m•d^-1的驱替速度下，水驱至岩心模型出口含水>98%，注入聚合物溶液段塞0.38PV。

2. 结果与讨论

2.1 表征

  由AM/MSBM的IR谱图（图略）分析可知，3418cm^-1处特征峰为N-H不对称伸缩振动吸收峰，3192cm^-1处特征峰为N-H对称伸缩振动吸收峰，1483cm^-1处特征峰为-CH₂-弯曲振动吸收峰，1320cm^-1处特征峰为C-N伸缩振动吸收峰，2912cm^-1处特征峰为C-H伸缩振动吸收峰，1669cm^-1处特征峰为酰胺基C=O伸缩振动吸收峰，1187cm^-1处特征峰为磺酸基特征吸收峰。

  由AM/MSBM的¹H NMR谱图（图略）分析可知，δ 1.87处为a-H特征吸收峰，δ 2.43处为b-H特征吸收峰，δ 1.32处为c-H特征吸收，δ 3.78处为d-H特征吸收，δ 3.95处为e-H特征吸收，δ 3.43处为f-H特征吸收，δ 2.47处为g-H特征吸收，δ 3.83处为h-H特征吸收，δ 2.32处为i-H特征吸收，δ 3.18处为j-H特征吸收。综合IR分析结果，可认为AM/MSBM已成功合成。

2.2 AM/MSBM的性能

(1) 反聚电解质溶液性能

  在45℃，剪切速率7.37s^-1，c(AM/MSBM)=100mg•L^-1下测试盐水矿化度对AM/MSBM溶液粘度的影响，结果见图1。由图1可见，AM/MSBM溶液具有反聚电解质行为，其溶液粘度随矿化度升高而大幅上升。

盐水矿化度为1075.9mg•L^-1,剪切速率7.37s^-1，c(AM/MSBM)=100mg•L^-1，研究了温度对AM/MSBM溶液粘度的影响，结果见图2。由图2可见，在45~75℃，AM/MSBM溶液的粘度保持率>90%。

盐水矿化度为1075.9mg•L^-1,c(AM/MSBM)=100mg•L^-1于45℃，2000rpm下剪切1h，研究了剪切作用对粘度的影响，结果见表1。从表1可以看出，AM/MSBM在剪切作用前后，粘度保持率>90%。

(2) 驱油性能

  表2为AM/MSBM溶液的驱油效果。由表2可见，使用AM/MSBM溶液驱油，可提高采收率13.2%。