Способ получения гидролизованного полиакриламида для гелеобразующих составов

Способ получения гидролизованного полиакриламида для гелеобразующих составов

Реферат

 

Описывается способ получения гидролизованного полиакриламида для гелеобразующих составов, включающий приготовление реакционной смеси, содержащей водный раствор акриламида и солей щелочных металлов угольной кислоты, обескислороживание, полимеризацию акриламида с совмещенным гидролизом при нагревании указанной реакционной смеси под действием инициаторов радикального типа, причем перед обескислороживанием приготовленную реакционную смесь выдерживают в течение 2-4 ч при температуре 25-40^oС. Способ позволяет получить состав, характеризующийся временем гелеобразования, равным 30-60 мин. 1 табл.

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, а именно к получению гидролизованного полиакриламида.

Полимеры акриламида применяют в гелеобразующих составах при изоляционных работах в скважинах или туннелях (авт. св. СССР N 137371, E 21 B 33/138, заявл. 07.06.85, авт. св. СССР N 1393699, E 21 B 33/138, заявл. 05.06.85). Гелеобразующий состав получают на месте применения путем смешения в пластовой воде водорастворимых полимеров акриламида и гелеобразователей. При закачивании гелеобразующего состава в пласте образуются герметичные водоизолирующие гелеобразные слои. С целью получения прочных эластичных водоизолирующих гелей в гелеобразующих составах используют гидролизованные полиакриламиды, содержащие 5-10% моль. карбоксилатных звеньев (авт. св СССР N 1458556, E 21 B 43/06, заявл. 15.02.89; авт. св. СССР N 1218084, E 21 B 43/32, заявл. 05.10.84).

Основными требованиями к качеству гидролизованного полиакриламида, предъявляемыми потребителями, являются высокая скорость растворения вязких растворов или порошков полимера в воде при приготовлении гелеобразующих составов и получение прочных гелей в процессе гелеобразования данных составов в заданном диапазоне регулируемого времени и температуры.

Известен способ получения гидролизованного полиакриламида путем радикальной полимеризации акриламида в воде с совмещенным гидролизом в присутствии гидроксида натрия (пат. США N 2820777, 260-89.7, заявл. 21.01.58). Полученный гидролизованный полиакриламид имеет хорошую растворимость в воде - содержание нерастворенного полимера при приготовлении водных растворов рабочей концентрации составляет 0,3%. При использовании гидролизованного полиакриламида, полученного в присутствии 5-10 моль.% (от акриламида) гидрооксида натрия, в гелеобразующем составе гелеобразование при 70^oC происходит в течение 1 часа - заданного потребителями времени.

Однако в процессе гелеобразования вышеуказанного гелеобразующего состава образуется непрочный гелеобразный полимер. Наиболее близким по технической сущности является способ получения гидролизованного полиакриламида в присутствии углекислого натрия (пат. США N 3022279, 260-89.7, заявл. 20.02.62). Данный способ осуществляют следующим образом: смешивают в воде акриламид и углекислый натрий при молярном соотношении мономера к гидролизующему агенту 1: 0,1-0,67, обескислороживают реакционную массу продувкой инертного газа и вводят инициаторы. В процессе полимеризации температура реакционной смеси изменяется от 50 до 70-100^oC. Общее время процесса полимеризации с совмещенным гидролизом составляет до 11 час. Полимеризуют акриламид в водных растворах с массовой долей 5-20%. В качестве инициаторов используют органические и неорганические пероксиды, гидропероксиды, соли неорганических пероксидных кислот. Содержание инициаторов в реакционной массе составляет 0,02-0,1% от массы мономера. Получают гидролизованный полиакриламид, содержащий 10-67 моль.% карбоксилатных групп.

В процессе гелеобразования гелеобразующего состава, содержащего гидролизованный полиакриламид, образуется прочный водоизолирующий гелеобразный полимер.

Однако при полимеризации акриламида в присутствии щелочных солей угольной кислоты по вышеописанному методу не удается получить гидролизованный полиакриламид с требуемыми эксплуатационными свойствами: полимер имеет низкую скорость растворения - содержание нерастворенного полимера составляет 25-70%; при использовании в гелеобразующем составе образуется эластичный прочный гелеобразный продукт с сравнительно коротким сроком гелеобразования (в течение 30 мин), что неприемлемо в промысловых условиях применения.

Техническим результатом данного изобретения является получение продукта со свойствами, соответствующими эксплуатационным требованиям, предъявляемым к скоростям растворения полимера и гелеобразования составов.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. В реакторе полимеризации при перемешивании приготавливают смесь, содержащую 5-35 мас.% акриламида и 0,35-3,5 мас.% солей угольной кислоты с молярным соотношением, равным 0,03-0,10%. Выдерживают ее в течение 2-4 ч при температуре 25-40^oC. Затем реакционную смесь обескислороживают продувкой инертного газа в течение 30 мин и вводят водные растворы инициаторов. Проводят полимеризацию с совмещенным гидролизом в течение 0,5-4 ч при изменении температуры от 10-30^o до 50-100^oC.

Получают гидролизованный полиакриламид, содержащий 5-10 моль.%. карбоксильных групп, в виде вязкого водного раствора или резиноподобного геля. При необходимости выделяют целевой продукт в порошкообразной форме известными приемами сушки водных растворов полимера. В качестве гидролизующего агента используют соли щелочных металлов угольной кислоты - карбонаты калия или натрия.

В качестве инициаторов используют химические инициаторы: персульфаты, метабисульфиты, гидросульфиты щелочных металлов, азоинициаторы, соли металлов переменной валентности, составляющие 0,1-0,7% от массы акриламида.

Качество продукта оценивают по скорости растворения полимера и гелеобразования состава.

Скорость растворения гидролизованного полиакриламида оценивают по содержанию нерастворенного полимера при приготовлении раствора полиакриламида с массовой долей 2% при перемешивании в течение 30 мин в воде расчетного количества примера. Полученный полимерный раствор фильтруют через складчатый проволочный фильтр, предварительно высушенный вместе с бюксом. Затем фильтр с осадком, помещенный в бюкс, высушивают до постоянного веса при 105-110^oC в течение не менее 1 ч.

Рассчитывают содержание нерастворенного полимера по формуле: X= (m₂/m₁) 100, где m₂ - масса высушенного нерастворенного полимера, г; m₁ - масса навески полимера, взятая на растворение, г.

Скорость растворения гидролизованного полиакриламида для гелеобразующих составов считается удовлетворительной, если содержание нерастворенного полимера составляет менее 5 мас.%.

Скорость гелеобразования гелеобразующего состава и прочностные свойства образующегося гелеобразного продукта оценивают визуально по тестовой методике.

100 мл водного раствора гидролизованного полиакриламида с массовой долей 2% смешивают с 0,5 г ацетата хрома (Cr(CH₃COO)₃). Заполняют данным тампонажным составом прямоугольную алюминиевую форму размером 5х5х5 см³, помещают ее в термошкаф и выдерживают при 70^oC в течение 1 ч, визуально оценивая потерю подвижности гелеобразующего состава через каждые 15 мин. Затем гель извлекают из алюминиевой формы и охлаждают. Прочностные свойства оценивают простым нажатием пальца на гелеобразный полимерный блок: если гель эластичный и после нажатия приобретает прежнюю форму, прочностные свойства оцениваются положительно.

Заданные скорость растворения полимера и скорость гелеобразования гелеобразующего состава, а также температурный режим (70^oC) объясняются промысловыми условиями применения гелеобразующего состава и являются требованиями потребителей.

Отличительными признаками предлагаемого способа получения гидролизованного полиакриламида для гелеобразующих составов является дополнительная выдержка реакционной смеси, содержащей акриламид и гидролизующий агент при молярном соотношении 1:0,03-0,1, в течение 2-4 ч при температуре 20-40^oC.

Дополнительная стадия выдержки реакционной смеси, содержащей акриламид и гидролизующий агент, перед ее обескислороживанием и радикальной полимеризацией с совмещенным гидролизом в способе получения гидролизованного полиакриламида в научно-технической литературе не описана.

Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает достижение нового технического результата - получение гидролизованного полиакриламида с требуемыми эксплуатационными свойствами. Содержание нерастворенного полимера при приготовлении 2% водного раствора в течение 30 мин составляет 0,1-3%. Гелеобразование состава при 70^oC происходит в течение 1 ч, при этом образуется прочный, эластичный полимерный гель.

Осуществляемость способа иллюстрируют следующие примеры.

Пример 1 (по прототипу) В реактор, снабженный мешалкой, барботером для продувки азота, вводят 1700 мл 50%-ного водного раствора акриламида, 7233 мл дистиллированной воды, 587 г 20%-ного раствора карбоната натрия (0,10 моль на 1 моль акриламида) или, соответственно, 8,5 мас.% акриламида и 1,17 мас.% карбоната натрия. Затем реакционную смесь продувают азотом 30 мин и вводят обескислороженные растворы персульфата калия (280 мл 2%-ного раствора или 0,66% от акриламида) и метабисульфита натрия (200 мл 1,9%-ного раствора или 0,45% от акриламида). Начальная температура полимеризации 40^oC. При полимеризации с совмещенным гидролизом температура достигает 60^oC. Общее время процесса получения гидролизованного полиакриламида составляет 4 ч.

Оценку эксплуатационных свойств полученного гидролизованного полимера в виде вязкого раствора проводят по тестовым методикам.

Пример 2 В реактор, снабженный мешалкой, барботером для продувки азота, вводят 1700 мл 50%-ного водного раствора акриламида, 7233 мл дистиллированной воды, 587 г 20%-ного раствора карбоната натрия (0,10 моль на 1 моль акриламида) или, соответственно, 8,5 мас. % акриламида и 1,17 мас.% карбоната натрия. Полученную реакционную смесь выдерживают при 40^oC в течение 2 ч. Затем реакционную смесь продувают азотом 30 мин и вводят обескислороженные растворы персульфата калия (280 мл 2%-ного раствора или 0,66% от акриламида) и метабисульфита натрия (200 мл 1,9%-ного раствора или 0,45% от акриламида). Начальная температура полимеризации 40^oC. При полимеризации с совмещенным гидролизом температура достигает 60^oC. Общее время процесса получения гидролизованного полиакриламида составляет 4 ч.

Оценку эксплуатационных свойств полученного гидролизованного полимера в виде вязкого раствора проводят по тестовым методикам.

Пример 3 В реактор, снабженный мешалкой, барботером для продувки азота, вводят 4000 г 50%-ного водного раствора акриламида, 4614 г дистиллированной воды, 986 г 27,6%-ного раствора карбоната калия (0,07 моль на 1 моль акриламида) или, соответственно, 20 мас.% акриламида и 2,72 мас.% карбоната калия. Полученную реакционную смесь выдерживают при 30^oC в течение 3 ч. Затем реакционную смесь продувают азотом 30 мин и вводят обескислороженные растворы персульфата калия (200 мл 2%-ного раствора или 0,2% от акриламида) и метабисульфита натрия (200 мл 1%-ного раствора или 0,1% от акриламида). Начальная температура полимеризации 20^oC. В процессе полимеризации с совмещенным гидролизом температура достигает 80^oC. Общее время процесса получения гидролизованного полиакриламида составляет 4 ч.

Полученный гелеобразный полимерный блок извлекают через днище реактора, измельчают в экструдере типа "мясорубки", имеющем на выходе решетку с размером отверстий 2 мм, на гелеобразные полимерные частицы с размером 0,5-2 мм. Полученные полимерные частицы сушат в сушильном устройстве типа ленточной сушилки горячим воздухом при температуре 65^oC. Полученные сухие гранулы дробят на механической ротационной дробилке до частиц заданного размера (менее 5 мм).

Оценку эксплуатационных свойств полученного порошкообразного гидролизованного полимера проводят по тестовым методикам.

Пример 4 В реактор, снабженный мешалкой, барботером для продувки азота, вводят 6000 г 50%-ного водного раствора акриламида, 2713 г дистиллированной воды, 887 г 19,7%-ного раствора карбоната калия (0,03 моль на 1 моль акриламида или соответственно 30 мас.% акриламида и 1,75 мас.% карбоната калия. Полученную реакционную смесь выдерживают при 20^oC в течение 4 ч. Затем реакционную смесь продувают азотом 30 мин и вводят обескислороженные растворы персульфата калия (200 мл 2%-ного раствора или 0,25% от акриламида) и метабисульфита натрия (200 мл 2,25%-ного раствора или 0,15% от акриламида). Начальная температура полимеризации 20^oC. После полимеризации с совмещенным гидролизом температура достигает 90^oC.

Полученный гелеобразный полимерный блок извлекают через днище реактора, измельчают в экструдере типа "мясорубки", имеющем на выходе решетку с размером отверстий 2 мм, на гелеобразные полимерные частицы с размером 0,5-2 мм. Полученные полимерные частицы сушат в сушильном устройстве типа ленточной сушилки горячим воздухом при температуре 65^oC. Полученные сухие гранулы дробят на механической ротационной дробилке до частиц заданного размера (менее 5 мм).

Оценку эксплуатационных свойств полученного порошкообразного гидролизованного полиакриламида проводят по тестовым методикам.

Формула изобретения

Способ получения гидролизованного полиакриламида для гелеобразующих составов, включающий приготовление реакционной смеси, содержащей водный раствор акриламида и солей щелочных металлов угольной кислоты, обескислороживание, полимеризацию акриламида с совмещенным гидролизом при нагревании указанной реакционной смеси под действием инициаторов радикального типа, отличающийся тем, что перед обескислороживанием приготовленную реакционную смесь выдерживают в течение 2-4 часов при температуре 25-40^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1