烯属不饱和膦酸盐化合物、由其制备的聚合物及其用途.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200980122024.1

申请日:

2009.10.06

公开号:

CN102066389A

公开日:

2011.05.18

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C07F 9/38申请日:20091006|||公开

IPC分类号:

C07F9/38; C02F5/14; C23F11/167

主分类号:

C07F9/38

申请人:

科莱恩金融(BVI)有限公司

发明人:

S·黑斯; G·摩尔; M·阿齐鲍尔; J·高尔丁

地址:

英属维尔京群岛托尔托拉

优先权:

2008.10.22 EP 08018433.6

专利代理机构:

中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 11038

代理人:

邓毅

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内容摘要

本发明涉及式(1a)和(1b)的化合物:其中R表示H或C1-C6-烷基,X是选自式(4)、(5)和(6)的结构单元:-(CH2)m-         (4)-(CH2)m-O-(CH2)k-(5)其中m和k对于(4)和(5)彼此独立地表示1-12的数,对于(6)彼此独立地表示1-11的数,Y是选自式(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)、(13)和(14)的结构单元:其中a、b彼此独立地是1-10的整数,R表示氢或C1-C6-烷基,R2表示具有1-6个碳原子的亚烷基或烷叉基,或者具有6-20个碳原子的亚芳基或烷基亚芳基,R3、R4、R5、R6彼此独立地表示具有1-6个碳原子的亚烷基或烷叉基,或具有由6-20个碳原子的亚芳基或烷基亚芳基,Z表示阳离子,以及n表示2或更大的整数。

权利要求书

1: 式 (1a) 和 (1b) 的化合物 : 其中 R 表示 H 或 C1-C6- 烷基, X 是选自下式的结构单元 : (4) -(CH2)m-(CH2)m-O-(CH2)k-(5) 其中 m 和 k 对于 (4) 和 (5) 彼此独立地表示 1-12 的数, 对于 (6) 彼此独立地表示 1-11 的数, Y 是选自下式的结构单元 : 2 3 a、 b 彼此独立地是 1-10 的整数, R 表示氢或 C1-C6- 烷基, 2 R 表示具有 1-6 个碳原子的亚烷基或烷叉基, 或者具有 6-20 个碳原子的亚芳基或烷基 亚芳基, R3、 R4、 R5、 R6 彼此独立地表示具有 1-6 个碳原子的亚烷基或烷叉基, 或具有由 6-20 个 碳原子的亚芳基或烷基亚芳基, Z 表示阳离子, 以及 n 表示 2 或更大的整数。
2: 根据权利要求 1 所述的化合物, 其中 X 是 -(CH2)-O-(CH2)-。
3: 根据权利要求 1 和 / 或 2 所述的化合物, 其中 Z 选自碱金属、 碱土金属、 铵或有机碱 阳离子。
4: 根据权利要求 1 或 3 所述的化合物, 其对应于式 (15)-(19) 之一, 4
5: 聚合物和低聚物, 其包括 2wt%到 100wt%的式 (1a) 和 / 或 (1b) 的重复结构单元 : 5 该聚合物具有 800-30,000g/mol 的分子量, 其中 R、 X、 Y、 Z 和 n 具有如在权利要求 1 中 所规定的含义。
6: 根据权利要求 5 所述的聚合物和低聚物, 其中与根据权利要求 1-4 所述的膦酸盐单 体共聚的单体选自丙烯酸及其酯和盐, 甲基丙烯酸及其酯和盐, 马来酸及其酯和盐, 富马酸 及其酯和盐, 巴豆酸及其酯和盐, 衣康酸及其酯和盐, 中康酸及其酯和盐, 柠康酸及其酯和 盐, 当归酸, 乙酸乙烯酯, 氯乙烯, 乙烯基吡啶, 乙烯基吡咯烷酮, 丙烯酰胺及其衍生物, 2- 丙 烯酰氨基 -2- 甲基丙烷磺酸及其盐, 苯乙烯 -4- 磺酸及其盐, 烯丙基磺酸及其盐, 甲基烯丙 基磺酸及其盐, 乙烯基磺酸及其盐, 乙烯基膦酸及其盐, 二烷基氨基丙烯酸酯和甲基丙烯酸 酯及其季化衍生物, 二烯丙基二甲基氯化铵和 3- 烯丙氧基 -2- 羟基丙基三甲基氯化铵。
7: 根据权利要求 5 或 6 所述的聚合物和低聚物, 其中酸基被一种或多种阳离子完全或 部分中和从而形成盐, 所述阳离子选自钠、 钾、 钙、 镁、 铝、 锌、 铵、 衍生自胺类单甲胺、 二甲胺 或三甲胺、 单乙胺、 二乙胺或三乙胺、 单乙醇胺、 二乙醇胺、 三乙醇胺的阳离子。
8: 一种制备根据权利要求 1-4 的一项或多项所述的化合物的方法, 该方法包括使式 (2) 的化合物与式 (3) 的化合物反应的步骤 : 其中 R 表示 H 或 C1-C6- 烷基, X 是选自下式的结构单元 : -(CH2)m(4) 6 -(CH2)m-O-(CH2)k-(5) 其中 m 和 k 对于 (4) 和 (5) 彼此独立地表示 1-12 的数, 对于 (6) 彼此独立地表示 1-11 的数, Y 是选自下式的结构单元 : 7 其中 a、 b 彼此独立地是 1-10 的整数, R 表示氢或 C1-C6- 烷基, 2 R 表示具有 1-6 个碳原子的亚烷基或烷叉基, 或者具有 6-20 个碳原子的亚芳基或烷基 亚芳基, R3、 R4、 R5、 R6 彼此独立地表示具有 1-6 个碳原子的亚烷基或烷叉基, 或具有由 6-20 个 碳原子的亚芳基或烷基亚芳基, Z 表示阳离子, 以及 n 表示 2 或更大的整数。
9: 根据权利要求 8 所述的方法, 其中烯丙基缩水甘油醚与羟基乙叉基二膦酸或其盐反 8 应。
10: 一种抑制来自水性体系的水垢沉积的方法, 该方法包括在该水性体系中添加根据 权利要求 5、 6 或 7 的一项或多项所述的低聚物或聚合物的步骤。
11: 根据权利要求 10 所述的方法, 其中该水性体系是与油井相关的地层水和 / 或注入 到油井中以有助于油的回收的水。
12: 根据权利要求 10 或 11 所述的方法, 其中所述水垢包括钙、 镁、 钡、 锶、 镭、 铁中的一 种或多种的碳酸盐和 / 或硫酸盐。
13: 根据权利要求 10-12 的一项或多项所述的方法, 其中该防垢剂用于油田挤注处理。

说明书


烯属不饱和膦酸盐化合物、 由其制备的聚合物及其用途

    技术领域 本发明涉及通过烯属不饱和取代的环氧乙烷与胺 - 或羟基 - 官能化膦酸或其前体 的反应而制备的新型膦酸盐单体。 这些单体可与其它烯属不饱和物质聚合或共聚合来获得 膦酸官能化聚合物或低聚物。这些聚合物或低聚物尤其用作油田防垢剂。
     背景技术 天然来源的水常常含有溶解的矿物质, 相当大量地存在离子如 Ca2+、 Mg2+ 而且, 就 2+ 2+ 2+ 油田地层水而言, 相当大量地存在 Ba 、 Sr 和 Ra 。在温度或 pH 变化、 二氧化碳从溶液中 损失或者与其他含有不同矿物含量的其它水混合的条件下, 相对不溶的物质如碳酸盐和硫 酸盐可作为水垢从溶液中沉积下来。在海上油田中, 当泵送到地下以有助于油的回收的含 有硫酸盐的海水与地层水接触时, 这种沉积可能是特别急剧的。
     沉积的水垢妨碍了油的回收, 甚至可严重至足以阻塞油井的程度。因此, 常用的 方法是用防垢剂处理油井, 以最大限度减小或防止水垢沉积。这些防垢剂通常是低聚物 质, 通过单体如 ( 甲基 ) 丙烯酸、 马来酸和磺化物质如 2- 丙烯酰氨基 -2- 甲基丙烷磺酸
     烯丙基磺酸和乙烯基磺酸的自由基互聚而制得。 在使用时, 将相对浓缩的防垢剂的溶液泵送到油井下, 并溢出到地层中。从这里, 它重新浸出到采出水中, 保护油井和管道系统免于结垢。
     必须达到仔细的性能平衡。该防垢剂不仅必须控制水垢, 而且还必须一方面在它 将要遇到的温度下在水中具有充分的溶解性以便能够安置在地层中, 而本身不过早地从溶 液中沉淀出来, 同时另一方面它必须足够强地吸附在地层岩石上, 以获得适当的慢浸出速 率。 如果该防垢剂不够强地吸附, 则它将非常快速地全部重新浸出, 油井将需要在短时间之 后进行重新处理。
     同样重要的是, 能够监测防垢剂在采出水中的浓度, 使得可以跟踪浸出的进程, 在 防垢剂贫化之前重新处理油井。 以上提到的低聚物防垢剂几乎都不容易在所牵涉的百万分 之一的水平下的采出水中进行定量分析。
     含 磷 的 官 能 团 已 通 过 使 用 次 磷 酸 或 其 衍 生 物 作 为 调 聚 剂 ( 例 如 US-4046707 和 US-6071434) 或 者 通 过 引 入 含 磷 的 单 体 如 乙 烯 基 膦 酸 或 者 乙 烯 叉 二 膦 酸 ( 例 如 EP-A-0643081) 而引入到防垢低聚物中。这种磷官能团有助于防垢剂吸附到地层岩石上并 提供了有用的分析标记, 从而防垢剂浓度能够由元素磷分析来算出。 然而, 很难经由调聚剂 途径引入不太低水平的磷官能团而不将分子量减低到损害性能的水平, 而且吸附性改进受 到限制。以上含磷的单体的制造和聚合是困难且成本高的, 这再次限制了其使用和性能改 进水平。
     US-3799893 公开了缩水甘油基反应的多亚烷基多胺的亚甲基膦酸盐, 所述缩水甘 油基反应的多亚烷基多胺的亚甲基膦酸具有氮键接的亚甲基膦酸盐单元和氮键接的缩水 甘油基反应的单元, 所述亚甲基膦酸盐具有以下化学式 :
     其中 n 是 1-100, A是其中
     m 是 2-10, 以及
     X 是氢或烷基, 前提条件是, 当 n 是 2 或更高时, A 是相同或不同的, 且 o
     R 是亚甲基膦酸盐单元、 缩水甘油基反应的单元或氢。
     US-4851490 公开了含有羟基烷基氨基亚烷基膦酸盐官能团的水溶性聚合物, 其可 用作在许多水体系如冷却、 锅炉转化涂层、 纸和纸浆加工和气体洗涤中有效的沉积控制剂。 该聚合物由烯属不饱和化合物与具有以下结构的化合物的聚合来形成 :
     Adusei 等人, J.of Applied Polymer Science, 第 88 卷, 2003, 第 565-569 页公开 了下式的化合物及其聚合物和该聚合物作为牙科修复材料的用途 :
     其中R1 是羟基取代的或未被取代的低级亚烷基,
     R2 是 H 或低级烷基,
     R3 是低级亚烷基, 以及
     M 是 H 或水溶性阳离子。
     我们现已发现, 烯属不饱和环氧乙烷容易与羟基官能化膦酸反应以制造可聚合的 膦酸酯单体。这些可聚合的膦酸酯单体将与其它单体共聚合, 以获得特别有用的油田防垢 剂。该益处部分源于将较高水平的磷官能团引入到低聚物中的可能性 ( 事实上, 膦酸单体 可以是主要的单体组分 ) 以及部分源于它所能赋予的令人惊奇地有利的吸附 / 解吸特性。 我们假定, 后一种效应可能与不仅由膦酸酯结构部分, 而且由相邻的醚和羟基所提供的广 泛络合的官能团有关。 使用这些新型单体可以引入较高水平的磷也使得采出水的防垢剂含 量的分析简单而准确。 发明内容
     本发明涉及式 (1a) 和 (1b) 的化合物 :
     其中 R 表示 H 或 C1-C6- 烷基, X 是选自下式的结构单元 : -(CH2)m(4) -(CH2)m-O-(CH2)m-(5)其中 m 和 k 对于 (4) 和 (5) 彼此独立地表示 1-12 的数, 对于 (6) 彼此独立地表示 1-11 的数,
     Y 是选自下式的结构单元 :
     其中
     a、 b 彼此独立地是 1-10 的整数,
     R 表示氢或 C1-C6- 烷基, 2
     R 表示具有 1-6 个碳原子的亚烷基或烷叉基, 或者具有 6-20 个碳原子的亚芳基或 烷基亚芳基,
     R3、 R4、 R5、 R6 彼此独立地表示具有 1-6 个碳原子的亚烷基或烷叉基, 或具有由 6-20 个碳原子的亚芳基或烷基亚芳基,
     Z 表示阳离子, 以及
     n 表示 2 或更大的整数。
     本发明此外涉及制备式 (1a) 和 (1b) 的化合物的方法, 该方法包括使式 (2) 的化 合物与式 (3) 的化合物反应的步骤 :
     其中 R、 X、 Y、 Z 和 n 具有以上规定的含义。本发明进一步涉及制备式 (1a) 或 (1b) 的化合物的方法, 该方法包括让式 (2) 的 化合物与酰氨基醇或酰氨基酚反应, 随后使反应产物水解以产生胺, 并且使所述胺与甲醛 或亚磷酸反应, 从而获得式 (1a) 或 (1b) 的化合物的步骤 :
     本发明进一步涉及制备式 (1a) 或 (1b) 的化合物的方法, 该方法包括让式 (2) 的化合物与氨或胺反应以及如此获得的产物与亚磷酸和甲醛的反应, 从而获得式 (1a) 或 (1b) 的化合物的步骤。
     本发明此外涉及可通过式的 (1a) 和 / 或 (1b) 的化合物的自由基均聚或共聚获得 的聚合物和低聚物。 本发明此外涉及低聚物和聚合物, 其包括 2wt% -100wt%的式 (1c) 和 / 或 (1d) 的结构单元 :
     该聚合物具有 800 到 30,000g/mol 的分子量, 其中 R、 X、 Y、 Z 和 n 具有如以上所规 定的含义。
     本发明进一步涉及抑制来自水性体系的水垢沉积的方法, 该方法包括将如上所述 的低聚物或聚合物添加到水性体系中的步骤。
     本发明此外涉及如上所述的低聚物聚合物作为水性体系中的防垢剂的用途。 n 优选是 2-80, 尤其 3-40 的整数, 例如 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9 或 10。 在本发明的优选具体实施方案中, X 表示对应于下式的基团 : -(CH2)m(4) -(CH2)m-O-(CH2)k(5)其中 m 和 k 彼此独立地是 2-6 的数。作为例子, X 可以是 -(CH2)-O-(CH2)-。
     在式 (7)-(14) 中, Y 以与式 (1a) 和 / 或 (1b) 所示的相同方向示出, 即, 分子的不 饱和残基经由左侧所示的价键与 Y 键合, 且膦酸或盐基团键合于右侧的价键。
     Z 是任何适合的阳离子。优选地, Z 选自氢、 碱金属、 碱土金属、 铵或有机碱阳离子。
     特别优选的式 (1a) 的化合物对应于式 (15) :
     另一特别优选的式 (1a) 的化合物对应于式 (16) :
     另一特别优选的式 1(a) 的化合物对应于式 (17) :
     另一特别优选的式 1(a) 的化合物对应于式 (18) :
     另一特别优选的式 1(a) 的化合物对应于式 (19) :本发明的膦酸盐和用作制备它们的起始原料的膦酸可以作为游离酸或作为它们 的盐存在。应该理解的是, 这里所提到的酸也涉及盐, 反之亦然, 在上下文允许这种可能的 情况下。
     由这些新型膦酸盐单体和任选的其它共聚单体制备的聚合物和低聚物尤其可用 作油田防垢剂。
     本发明的膦酸盐单体可以通过烯属不饱和环氧乙烷 ( 例如烯丙基缩水甘油醚或 甲基丙烯酸缩水甘油酯 ) 与羟基官能化膦酸 ( 例如羟基乙叉基二膦酸或 2- 羟乙基亚氨基
     双亚甲基膦酸 ( 单乙醇胺二膦酸盐 )) 的反应来制备。
     反应优选在水性介质中在微碱性的条件下进行, 尽管可以使用有机溶剂和 / 或酸 性催化。虽然烯属不饱和环氧乙烷可能相对很少地溶于水中, 如果充分搅拌该不均匀混合 物, 它们很容易反应。 如果反应混合物的浓度高, 产物膦酸单体可能倾向于在工艺期间结晶 出来。为了避免这种情况以及产生稳定的单体溶液, 优选在 50%固体以下操作, 更典型地 在 30-40%固体下操作。优选的工艺温度是约 75-95℃, 在该温度下, 反应一般在几小时内 完成。 在水性条件下的更高的反应温度可能导致膦酸盐单体的收率降低, 这是因为, 环氧乙 烷与水的反应导致二醇形成。
     以下实例举例说明如何能够制备式 (1a) 和 (1b) 的化合物。
     任何此类反应将获得式 (1a) 和 (1b) 的化合物的混合物。
     本发明的膦酸盐单体的另一制备方法是让酰氨基醇或酰氨基酚 ( 例如 N- 乙酰基 乙醇胺 ) 与烯属不饱和环氧乙烷 ( 例如烯丙基缩水甘油醚 ) 反应, 以获得中间体, 该中间体 在水解时获得了胺, 该胺能够与甲醛和亚磷酸反应 ( 曼尼希反应 ), 从而得到膦酸盐单体。 典型地, 该合成的第一步是在无水条件下使用碱性催化剂进行, 尽管酸催化剂也是可行的。 反应温度典型地是在 100-150℃的范围内。 该水解和曼尼希反应通常在水性酸性条件下, 典 型地在 80-110℃下进行几个小时。反应路线可以如下所示 :
     本发明的膦酸单体的另一制备方法是让氨或胺与烯属不饱和环氧乙烷反应, 以制 备不饱和氨基官能化中间体, 该中间体可以与甲醛和亚磷酸反应 ( 曼尼希反应 ), 从而得到 膦酸盐单体。采用该工艺步骤可以将多不饱和物质的形成减至最少 ( 例如使用大大过量的 氨或胺 )。该环氧乙烷反应可以用或不用溶剂在 40-100℃的反应温度下进行几小时的时 间, 但通常水性介质是优选的。该曼尼希反应如以上进行。
     本发明的膦酸单体可以通过众所周知的自由基方法来聚合 ( 共聚 )。 典型地, 这可 以在水溶液中用水溶性的聚合引发剂、 催化剂、 链转移剂和共聚单体进行。然而, 在有机溶 剂中的聚合或乳液或悬浮型聚合方法的使用以及水不溶性反应物的使用也是可能的。
     该聚合物可以是式 (1a) 或 (1b) 的化合物的均聚物, 或包括 2 到低于 100wt%的式 (1c) 或 (1d) 的结构单元和至多 98wt%的其它单体的共聚物。作为除式 (1a) 或 (1b) 化合 物以外的单体, 烯属不饱和化合物是适合的。优选的烯属不饱和化合物选自单羧酸和二羧 酸以及它们的衍生物, 如盐、 酯和酰胺。 其它优选的烯属不饱和化合物是磺酸和它们的衍生 物, 如盐。
     与式 (1a) 或 (1b) 的化合物形成共聚物的优选的烯属不饱和化合物的实例是丙 烯酸及其酯和盐, 甲基丙烯酸及其酯和盐, 马来酸及其酯和盐, 富马酸及其酯和盐, 巴豆酸 及其酯和盐, 衣康酸及其酯和盐, 中康酸及其酯和盐, 柠康酸及其酯和盐, 当归酸, 乙酸乙烯 酯, 氯乙烯, 乙烯基吡啶, 乙烯基吡咯烷酮, 丙烯酰胺及其衍生物, 2- 丙烯酰氨基 -2- 甲基丙 烷磺酸及其盐, 苯乙烯 -4- 磺酸及其盐, 烯丙基磺酸及其盐, 甲基烯丙基磺酸及其盐, 乙烯 基磺酸及其盐, 乙烯基膦酸及其盐, 二烷基氨基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯及其季化衍生物, 二烯丙基二甲基氯化铵和 3- 烯丙氧基 -2- 羟基丙基三甲基氯化铵。
     可使用的聚合引发剂的实例包括碱金属过硫酸盐和过硫酸铵, 过氧化氢, 有机过 氧化物, 偶氮化合物和氧化还原对, 如过硫酸盐 / 亚硫酸氢盐、 过氧化物 / 次磷酸盐、 过氧化 氢 / 甲醛合次硫酸氢盐。
     可使用的催化剂的实例包括铁盐和铜盐。 可使用的链转移剂的实例包括硫醇如巯
     基乙酸和巯基丙酸、 仲醇如异丙醇和次磷酸及其盐。
     对于油田防垢剂应用, 聚合物或低聚物的分子量优选是在约 1000-20000g/mol 的 范围内, 更典型地在 1500-5000g/mol 的范围内。这可以通过引发剂和链转移剂水平调节的 公知方式来实现。
     除了用作防垢剂以外, 本发明的聚合物适合作为腐蚀抑制剂、 除垢剂、 粘合促进 剂、 洗涤剂增效助剂、 反絮凝剂和分散剂。
     本发明的聚合物以适合于实现它们的目的的浓度使用。通常, 有用的浓度为 1-10,000ppm, 更尤其为 3-1000ppm。
     对 于 油 田 防 垢 剂 应 用, 该聚合物或低聚物通常以在全部单体中使用 2wt% -100wt%的该膦酸盐单体的组合物为基础。更典型地, 3wt%到 60wt%的膦酸单体是 优选的。
     聚合可通过间歇、 半连续或连续方法来进行。
     下列实施例进一步举例说明本发明 :
     实施例 1- 单体
     将 36g 的羟基乙叉基二膦酸的 60%水溶液和 40g 的水投入到装有搅拌装置、 回流 冷凝器以及加热和冷却装置的反应容器中。在搅拌和冷却下, 缓慢添加 33.6g 的 50%氢氧 化钠。 然后添加 11.4g 的烯丙基缩水甘油醚, 将该混合物加热至 80℃, 在该温度下保持 2 小 时, 然后加热至 95℃, 并在该温度下保持 1 小时。然后将反应混合物冷却, 能够在无需进一 步提纯的情况下用作单体溶液。 如果冷却的反应混合物用醚 (3×) 萃取, 并将合并的醚萃取物干燥和蒸发, 可忽 略的量的烯丙基甘油醚被分离。如果将在乙醚萃取之后剩余的水溶液在 105℃下干燥至恒 重, 约 38g 或大约 88%的理论量的二膦酸单体作为白色固体获得。
     实施例 2- 单体
     将 72g 的 1, 1- 羟基乙叉基二膦酸的 60%水溶液和 160g 的水投入到装有搅拌装 置、 回流冷凝器以及加热和冷却装置的反应容器中。 在搅拌和冷却下, 缓慢添加 60g 的 50% 氢氧化钠。然后添加 0.015g 的对 - 甲氧基苯酚和 28.4g 的甲基丙烯酸缩水甘油酯, 然后将 混合物加热至 75℃, 保持 7 小时。 分离出少量未反应的甲基丙烯酸缩水甘油酯, 产物作为白 色结晶固体 ( 约 70%收率 ) 分离或者作为未提纯的水溶液用于制备聚合物。
     实施例 3- 单体
     将 51.5g 的 N- 乙酰基乙醇胺和 0.275g 的金属钠投入到装有搅拌装置、 回流冷凝 器以及加热和冷却装置的反应容器内。将该混合物加热至 130℃, 当钠完全溶解时, 经1小 时按小份添加 57g 的烯丙基缩水甘油醚。在整个添加过程中以及在此后 1.5 小时内将温度 保持在 130-140℃。
     然后将反应混合物冷却, 添加 27.5g 的 37%盐酸, 随后添加 88.5g 的 97%亚磷酸 和 24.5g 的水。然后将混合物加热至 93℃, 在 30 分钟内添加 92.5g 的 34%甲醛溶液, 将温 度保持在 90-95℃。当添加了全部甲醛时, 将温度升高至回流 (105-108℃ ), 保持 10 小时。
     在冷却之后, 添加 15.5g 的 50%氢氧化钠。所得溶液无需提纯而直接用于制备共 聚物。
     实施例 4- 单体
     将 250g 的 0.880 氨和 57g 的烯丙基缩水甘油醚投入到装有搅拌装置、 回流冷凝器 以及加热和冷却装置的反应容器内。 接着发生慢反应, 温度上升至 40℃的峰值, 无需进行外 部加热。然后进行加热并使混合物回流直至排气中没有检测到氨为止 ( 大约 3 小时 )。
     然后将反应混合物冷却, 添加 27.5g 的 37%盐酸, 随后添加 88.5g 的 97%亚磷酸 和 24.5g 的水。然后将混合物加热至 93℃, 在 30 分钟内添加 92.5g 的 34%甲醛溶液, 将温 度保持在 90-95℃。当添加了全部甲醛时, 将温度升高至回流 (105-108℃ ), 保持 10 小时。
     在冷却之后, 添加 15.5g 的 50%氢氧化钠。所得溶液无需提纯而直接用于制备共 聚物。
     实施例 5- 单体
     将 25.75g 的二亚乙基三胺和 62.5g 的水投入到装有搅拌装置、 回流冷凝器以及加 热和冷却装置的反应容器内。 在冷却下, 缓慢添加 49.25g 的 37%盐酸。 将温度减低至 40℃, 然后添加 28.5g 的烯丙基缩水甘油醚。将混合物在 65-70℃下加热 1 小时, 然后在 95℃下 加热 1 小时。
     然后将反应混合物冷却, 添加 88.5g 的 97%亚磷酸和 30g 水。
     然后将混合物加热至 93℃, 在 30 分钟内添加 92.5g 的 34%甲醛溶液, 将温度保持 在 90-95℃。当添加了全部甲醛时, 将温度升高至回流 (105-108℃ ), 保持 10 小时。
     在冷却之后, 添加 27.7g 的 50%氢氧化钠。所得溶液无需提纯而直接用于制备共 聚物。
     实施例 6- 聚合物
     将 121g 的实施例 1 获得的反应混合物在水溶液中与 130g 的烯丙基磺酸钠和 98g 的马来酸酐共聚合。
     所得产物是透明的浅棕色溶液, 不挥发性物质为 51%, pH2, 布鲁克费尔德粘度为 62cP。
     所得产物在一系列对比试验中相对于许多工业标准防垢剂进行测试。 这些试验包 括在硫酸盐结垢体系中的静态和动态抑制试验 ( 用 50 ∶ 50 地层水 (250mg/l 钡 ) ∶海水 (2960mg/l 硫酸盐 ) 盐水混合物代表 ), 用碳酸盐结垢体系的动态抑制性能试验 ( 用自结垢 地层水 (2800mg/l 钙, 500mg/l 碳酸氢盐 ) 代表 ), 用于评价硫化物结垢体系中的性能的改 良静态试验以及用于评价由聚合物提供的保留特性的静态吸附试验。
     该聚合物在静态和动态抑制试验中证明了针对硫酸盐水垢的优异性能, 与工业标 准相比提供了更高的抑制效率和更低的 MICs, 参见表 1 和 2。还明显的是, 与不含 P 的聚合 物相比, 引入膦酸单体改进了静态和动态条件下的硫酸盐抑制性能, 参见表 1 和 2。据认为 这归因于由聚合物中的膦酸盐和马来酸和磺酸盐官能团的组合所获得的协同抑制。 该聚合 物也在动态试验中证明了适当的碳酸盐抑制度, 其结果在表 3 中提供。
     表1: 在 24 小时期间内在硫酸盐条件下的实施例 6 的静态抑制试验 ; 值给出了 按%计的 Ba 效率
     表2: 在硫酸盐条件下的实施例 6 的动态抑制试验抑制剂 DTPMP PPCA HEMPA ( 对比 ) ( 对比 ) ( 对比 ) 最低抑制剂浓度 /ppm 15 20 > 30 30 30 15马来酸三元共聚物 ( 对比 ) PVS 共聚物 ( 对比 ) 实施例 6
     表3: 在碳酸盐条件下的实施例 6 的动态抑制试验抑制剂 实施例 6 最低抑制剂浓度 /ppm 1在静态试验中, 该聚合物也显示了一定程度的针对硫化铁水垢的抑制, 通过将增 高浓度的硫化物阴离子添加到含铁 (10ppm) 的盐水混合物中, 显示了更高的对硫化物的耐 受性, 该结果在表 4 中提供。
     表4: 在硫化物水垢条件下的静态硫化物耐受试验, 100ppm 抑制剂浓度 ; 值表示按 ntu 计的浊度
     所形成的聚合物在静态吸附试验中还显示了与不含 P 的产品相比增加的对砂岩 岩心材料的吸附, 参见表 5。该结果是预期的, 因为在文献中充分记载了经由主链或侧链在 聚合物中引入含 P 的基团增加了聚合物在岩石表面上的保留。
     表5: 抑制剂在砂岩上的静态吸附, mg/g
     这里进行的试验中, 所获得的聚合物显示了有效的对抗硫酸盐、 碳酸盐和硫化物 水垢的性能以及高水平的在砂岩岩心上的吸附。
     实施例 7- 聚合物
     具有更高二膦酸盐含量的二膦酸盐官能化低聚物的制备。
     将 242g 的实施例 1 获得的反应混合物在水溶液中与 48g 的烯丙基磺酸钠和 49g 的马来酸酐共聚合。
     所得产物是透明的浅棕色溶液, 不挥发性物质为 42%, pH3.0, 布鲁克费尔德粘度 为 14cP。
     所得产物在一系列对比试验中相对于许多工业标准防垢剂进行测试。 该试验包括 在硫酸盐结垢体系 ( 用 50 ∶ 50 地层水 (250mg/l 钡 ) ∶海水 (2960mg/l 硫酸盐 ) 盐水混 合物代表 ) 中的静态和动态抑制试验。在静态和动态抑制试验中, 该聚合物均显示了有效 的对抗硫酸盐水垢的性能, 该结果在表 6 和 7 中提供。
     表6: 在 24 小时期间在硫酸盐条件下的实施例 7 的静态抑制试验 ; 值表示按%计 的 Ba 效率
     表7: 在硫酸盐条件下的实施例 7 的动态抑制试验抑制剂 DTPMP PPCA HEMPA ( 对比 ) ( 对比 ) ( 对比 ) 最低抑制剂浓度 /ppm 15 20 > 30 30 30 20马来酸三元共聚物 ( 对比 ) PVS 共聚物 ( 对比 ) 实施例 7
     所形成的聚合物在静态吸附试验中还显示了高度的对砂岩岩心材料的吸附, 该结 果在表 5 中提供。
     实施例 8- 聚合物
     将 316g 的实施例 2 的产物在水溶液中均聚。
     该透明的微黄色产物具有 19%的不挥发物含量、 7.7 的 pH 和 3cP 的布鲁克费尔德 粘度。
     实施例 9- 聚合物
     将 75g 的实施例 3 获得的溶液在水溶液中与 143g 的丙烯酸共聚合。
     该透明的浅棕色产物具有 41%的不挥发物含量、 4.4 的 pH 和 99cP 的布鲁克费尔 德粘度。
     该最终产品在动态试验中在碳酸盐结垢体系 ( 用自结垢地层水 (2800mg/l 钙, 500mg/l 碳酸氢盐 ) 代表 ) 中进行评价。 该聚合物显示了有效的碳酸盐水垢抑制, 结果在表8 中提供。
     表8: 在硫酸盐条件下的实施例 9 的动态抑制试验
     抑制剂 实施例 9
     最低抑制剂浓度 /ppm 4实施例 10- 聚合物
     将 90g 的实施例 4 获得的溶液在水溶液中与 72g 的丙烯酸和 65g 的乙烯基磺酸钠 共聚合。
     该透明的浅棕色产物具有 41%的不挥发物含量、 3.3 的 pH 和 21cP 的布鲁克费尔 德粘度。
     所得产物在硫酸盐结垢体系 ( 用 50 ∶ 50 地层水 (250mg/l 钡 ) ∶海水 (2960mg/ l 硫酸盐 ) 盐水混合物代表 ) 中在动态抑制试验中进行测试。 在这里进行的试验中, 该聚合 物显示了优异的抑制硫酸盐水垢的性能, 该结果在表 9 中提供。
     表9: 在硫酸盐条件下的实施例 10 的动态抑制试验
     抑制剂 DTPMP PPCA HEMPA ( 对比 ) ( 对比 ) ( 对比 )最低抑制剂浓度 /ppm 15 20 > 30 30 30 20马来酸三元共聚物 ( 对比 ) PVS 共聚物 ( 对比 ) 实施例 10
     实施例 11- 聚合物
     将 108g 的实施例 5 中制备的溶液在水溶液中与 77g 的烯丙基磺酸钠和 65g 的马 来酸酐共聚合。
     所得产物是透明的浅棕色溶液, 固体为 53%, pH1.3, 布鲁克费尔德粘度为 66cP。
     所得产物在一系列对比试验中相对于许多工业标准防垢剂进行测试。 该试验包括 在硫酸盐结垢体系 ( 用 50 ∶ 50 地层水 (250mg/l 钡 ) ∶海水 (2960mg/l 硫酸盐 ) 盐水混 合物代表 ) 中的静态和动态抑制试验。在静态和动态抑制试验中, 该聚合物均显示了有效 的对抗硫酸盐水垢的性能, 该结果在表 10 和 11 中提供。
     表 10 : 在 24 小时期间在硫酸盐条件下的实施例 11 的静态抑制试验 ; 值表示按% 计的 Ba 效率
     表 11 : 在硫酸盐条件下的实施例 11 的动态抑制试验抑制剂 DTPMP ( 对比 ) 最低抑制剂浓度 /ppm 15 20 > 30 30 30 25PPCA( 对比 ) HEMPA( 对比 ) 马来酸三元共聚物 ( 对比 ) PVS 共聚物 ( 对比 ) 实施例 11
     所形成的聚合物在静态吸附试验中还显示了高度的对砂岩岩心材料的吸附, 该结 果在表 5 中提供。
     缩写具有下面的含义 :
     DTPMP 二亚乙基三胺 - 五亚甲基膦酸二钠盐
     PPCA 聚膦基羧酸
     HEMPA 羟乙基氨基 - 二 ( 亚甲基膦酸 )
     PVS 聚乙烯基磺酸盐28

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1、10申请公布号CN102066389A43申请公布日20110518CN102066389ACN102066389A21申请号200980122024122申请日2009100608018433620081022EPC07F9/38200601C02F5/14200601C23F11/16720060171申请人科莱恩金融BVI有限公司地址英属维尔京群岛托尔托拉72发明人S黑斯G摩尔M阿齐鲍尔J高尔丁74专利代理机构中国国际贸易促进委员会专利商标事务所11038代理人邓毅54发明名称烯属不饱和膦酸盐化合物、由其制备的聚合物及其用途57摘要本发明涉及式1A和1B的化合物其中R表示H或C1C6烷基。

2、,X是选自式4、5和6的结构单元CH2M4CH2MOCH2K5其中M和K对于4和5彼此独立地表示112的数,对于6彼此独立地表示111的数,Y是选自式7、8、9、10、11、12、13和14的结构单元其中A、B彼此独立地是110的整数,R表示氢或C1C6烷基,R2表示具有16个碳原子的亚烷基或烷叉基,或者具有620个碳原子的亚芳基或烷基亚芳基,R3、R4、R5、R6彼此独立地表示具有16个碳原子的亚烷基或烷叉基,或具有由620个碳原子的亚芳基或烷基亚芳基,Z表示阳离子,以及N表示2或更大的整数。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010121486PCT申请的申请数据PCT/EP200。

3、9/0071462009100687PCT申请的公布数据WO2010/046026EN2010042951INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书8页说明书19页CN102066399A1/8页21式1A和1B的化合物其中R表示H或C1C6烷基,X是选自下式的结构单元CH2M4CH2MOCH2K5其中M和K对于4和5彼此独立地表示112的数,对于6彼此独立地表示111的数,Y是选自下式的结构单元权利要求书CN102066389ACN102066399A2/8页3权利要求书CN102066389ACN102066399A3/8页4A、B彼此独立地是110的整数,R表示。

4、氢或C1C6烷基,R2表示具有16个碳原子的亚烷基或烷叉基,或者具有620个碳原子的亚芳基或烷基亚芳基,R3、R4、R5、R6彼此独立地表示具有16个碳原子的亚烷基或烷叉基,或具有由620个碳原子的亚芳基或烷基亚芳基,Z表示阳离子,以及N表示2或更大的整数。2根据权利要求1所述的化合物,其中X是CH2OCH2。3根据权利要求1和/或2所述的化合物,其中Z选自碱金属、碱土金属、铵或有机碱阳离子。4根据权利要求1或3所述的化合物,其对应于式1519之一,权利要求书CN102066389ACN102066399A4/8页55聚合物和低聚物,其包括2WT到100WT的式1A和/或1B的重复结构单元权利。

5、要求书CN102066389ACN102066399A5/8页6该聚合物具有80030,000G/MOL的分子量,其中R、X、Y、Z和N具有如在权利要求1中所规定的含义。6根据权利要求5所述的聚合物和低聚物,其中与根据权利要求14所述的膦酸盐单体共聚的单体选自丙烯酸及其酯和盐,甲基丙烯酸及其酯和盐,马来酸及其酯和盐,富马酸及其酯和盐,巴豆酸及其酯和盐,衣康酸及其酯和盐,中康酸及其酯和盐,柠康酸及其酯和盐,当归酸,乙酸乙烯酯,氯乙烯,乙烯基吡啶,乙烯基吡咯烷酮,丙烯酰胺及其衍生物,2丙烯酰氨基2甲基丙烷磺酸及其盐,苯乙烯4磺酸及其盐,烯丙基磺酸及其盐,甲基烯丙基磺酸及其盐,乙烯基磺酸及其盐,乙烯。

6、基膦酸及其盐,二烷基氨基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯及其季化衍生物,二烯丙基二甲基氯化铵和3烯丙氧基2羟基丙基三甲基氯化铵。7根据权利要求5或6所述的聚合物和低聚物,其中酸基被一种或多种阳离子完全或部分中和从而形成盐,所述阳离子选自钠、钾、钙、镁、铝、锌、铵、衍生自胺类单甲胺、二甲胺或三甲胺、单乙胺、二乙胺或三乙胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺的阳离子。8一种制备根据权利要求14的一项或多项所述的化合物的方法,该方法包括使式2的化合物与式3的化合物反应的步骤其中R表示H或C1C6烷基,X是选自下式的结构单元CH2M4权利要求书CN102066389ACN102066399A6/8页7CH2MOCH2。

7、K5其中M和K对于4和5彼此独立地表示112的数,对于6彼此独立地表示111的数,Y是选自下式的结构单元权利要求书CN102066389ACN102066399A7/8页8其中A、B彼此独立地是110的整数,R表示氢或C1C6烷基,R2表示具有16个碳原子的亚烷基或烷叉基,或者具有620个碳原子的亚芳基或烷基亚芳基,R3、R4、R5、R6彼此独立地表示具有16个碳原子的亚烷基或烷叉基,或具有由620个碳原子的亚芳基或烷基亚芳基,Z表示阳离子,以及N表示2或更大的整数。9根据权利要求8所述的方法,其中烯丙基缩水甘油醚与羟基乙叉基二膦酸或其盐反权利要求书CN102066389ACN10206639。

8、9A8/8页9应。10一种抑制来自水性体系的水垢沉积的方法,该方法包括在该水性体系中添加根据权利要求5、6或7的一项或多项所述的低聚物或聚合物的步骤。11根据权利要求10所述的方法,其中该水性体系是与油井相关的地层水和/或注入到油井中以有助于油的回收的水。12根据权利要求10或11所述的方法,其中所述水垢包括钙、镁、钡、锶、镭、铁中的一种或多种的碳酸盐和/或硫酸盐。13根据权利要求1012的一项或多项所述的方法,其中该防垢剂用于油田挤注处理。权利要求书CN102066389ACN102066399A1/19页10烯属不饱和膦酸盐化合物、由其制备的聚合物及其用途技术领域0001本发明涉及通过烯属。

9、不饱和取代的环氧乙烷与胺或羟基官能化膦酸或其前体的反应而制备的新型膦酸盐单体。这些单体可与其它烯属不饱和物质聚合或共聚合来获得膦酸官能化聚合物或低聚物。这些聚合物或低聚物尤其用作油田防垢剂。背景技术0002天然来源的水常常含有溶解的矿物质,相当大量地存在离子如CA2、MG2而且,就油田地层水而言,相当大量地存在BA2、SR2和RA2。在温度或PH变化、二氧化碳从溶液中损失或者与其他含有不同矿物含量的其它水混合的条件下,相对不溶的物质如碳酸盐和硫酸盐可作为水垢从溶液中沉积下来。在海上油田中,当泵送到地下以有助于油的回收的含有硫酸盐的海水与地层水接触时,这种沉积可能是特别急剧的。0003沉积的水垢。

10、妨碍了油的回收,甚至可严重至足以阻塞油井的程度。因此,常用的方法是用防垢剂处理油井,以最大限度减小或防止水垢沉积。这些防垢剂通常是低聚物质,通过单体如甲基丙烯酸、马来酸和磺化物质如2丙烯酰氨基2甲基丙烷磺酸烯丙基磺酸和乙烯基磺酸的自由基互聚而制得。0004在使用时,将相对浓缩的防垢剂的溶液泵送到油井下,并溢出到地层中。从这里,它重新浸出到采出水中,保护油井和管道系统免于结垢。0005必须达到仔细的性能平衡。该防垢剂不仅必须控制水垢,而且还必须一方面在它将要遇到的温度下在水中具有充分的溶解性以便能够安置在地层中,而本身不过早地从溶液中沉淀出来,同时另一方面它必须足够强地吸附在地层岩石上,以获得适。

11、当的慢浸出速率。如果该防垢剂不够强地吸附,则它将非常快速地全部重新浸出,油井将需要在短时间之后进行重新处理。0006同样重要的是,能够监测防垢剂在采出水中的浓度,使得可以跟踪浸出的进程,在防垢剂贫化之前重新处理油井。以上提到的低聚物防垢剂几乎都不容易在所牵涉的百万分之一的水平下的采出水中进行定量分析。0007含磷的官能团已通过使用次磷酸或其衍生物作为调聚剂例如US4046707和US6071434或者通过引入含磷的单体如乙烯基膦酸或者乙烯叉二膦酸例如EPA0643081而引入到防垢低聚物中。这种磷官能团有助于防垢剂吸附到地层岩石上并提供了有用的分析标记,从而防垢剂浓度能够由元素磷分析来算出。然。

12、而,很难经由调聚剂途径引入不太低水平的磷官能团而不将分子量减低到损害性能的水平,而且吸附性改进受到限制。以上含磷的单体的制造和聚合是困难且成本高的,这再次限制了其使用和性能改进水平。0008US3799893公开了缩水甘油基反应的多亚烷基多胺的亚甲基膦酸盐,所述缩水甘油基反应的多亚烷基多胺的亚甲基膦酸具有氮键接的亚甲基膦酸盐单元和氮键接的缩水甘油基反应的单元,所述亚甲基膦酸盐具有以下化学式0009说明书CN102066389ACN102066399A2/19页110010其中N是1100,0011A是00120013其中0014M是210,以及0015X是氢或烷基,前提条件是,当N是2或更高时。

13、,A是相同或不同的,且0016RO是亚甲基膦酸盐单元、缩水甘油基反应的单元或氢。0017US4851490公开了含有羟基烷基氨基亚烷基膦酸盐官能团的水溶性聚合物,其可用作在许多水体系如冷却、锅炉转化涂层、纸和纸浆加工和气体洗涤中有效的沉积控制剂。该聚合物由烯属不饱和化合物与具有以下结构的化合物的聚合来形成00180019ADUSEI等人,JOFAPPLIEDPOLYMERSCIENCE,第88卷,2003,第565569页公开了下式的化合物及其聚合物和该聚合物作为牙科修复材料的用途0020说明书CN102066389ACN102066399A3/19页120021其中0022R1是羟基取代的或。

14、未被取代的低级亚烷基,0023R2是H或低级烷基,0024R3是低级亚烷基,以及0025M是H或水溶性阳离子。0026我们现已发现,烯属不饱和环氧乙烷容易与羟基官能化膦酸反应以制造可聚合的膦酸酯单体。这些可聚合的膦酸酯单体将与其它单体共聚合,以获得特别有用的油田防垢剂。该益处部分源于将较高水平的磷官能团引入到低聚物中的可能性事实上,膦酸单体可以是主要的单体组分以及部分源于它所能赋予的令人惊奇地有利的吸附/解吸特性。我们假定,后一种效应可能与不仅由膦酸酯结构部分,而且由相邻的醚和羟基所提供的广泛络合的官能团有关。使用这些新型单体可以引入较高水平的磷也使得采出水的防垢剂含量的分析简单而准确。发明内。

15、容0027本发明涉及式1A和1B的化合物00280029说明书CN102066389ACN102066399A4/19页130030其中0031R表示H或C1C6烷基,0032X是选自下式的结构单元0033CH2M40034CH2MOCH2M500350036其中M和K对于4和5彼此独立地表示112的数,对于6彼此独立地表示111的数,0037Y是选自下式的结构单元003800390040004100420043说明书CN102066389ACN102066399A5/19页14004400450046其中0047A、B彼此独立地是110的整数,0048R表示氢或C1C6烷基,0049R2表示。

16、具有16个碳原子的亚烷基或烷叉基,或者具有620个碳原子的亚芳基或烷基亚芳基,0050R3、R4、R5、R6彼此独立地表示具有16个碳原子的亚烷基或烷叉基,或具有由620个碳原子的亚芳基或烷基亚芳基,0051Z表示阳离子,以及0052N表示2或更大的整数。0053本发明此外涉及制备式1A和1B的化合物的方法,该方法包括使式2的化合物与式3的化合物反应的步骤005400550056其中R、X、Y、Z和N具有以上规定的含义。说明书CN102066389ACN102066399A6/19页150057本发明进一步涉及制备式1A或1B的化合物的方法,该方法包括让式2的化合物与酰氨基醇或酰氨基酚反应,随。

17、后使反应产物水解以产生胺,并且使所述胺与甲醛或亚磷酸反应,从而获得式1A或1B的化合物的步骤00580059本发明进一步涉及制备式1A或1B的化合物的方法,该方法包括让式2的化合物与氨或胺反应以及如此获得的产物与亚磷酸和甲醛的反应,从而获得式1A或1B的化合物的步骤。00600061本发明此外涉及可通过式的1A和/或1B的化合物的自由基均聚或共聚获得的聚合物和低聚物。0062本发明此外涉及低聚物和聚合物,其包括2WT100WT的式1C和/或1D的结构单元006300640065该聚合物具有800到30,000G/MOL的分子量,其中R、X、Y、Z和N具有如以上所规定的含义。0066本发明进一步。

18、涉及抑制来自水性体系的水垢沉积的方法,该方法包括将如上所述的低聚物或聚合物添加到水性体系中的步骤。说明书CN102066389ACN102066399A7/19页160067本发明此外涉及如上所述的低聚物聚合物作为水性体系中的防垢剂的用途。0068N优选是280,尤其340的整数,例如2、3、4、5、6、7、8、9或10。0069在本发明的优选具体实施方案中,X表示对应于下式的基团0070CH2M40071CH2MOCH2K500720073其中M和K彼此独立地是26的数。作为例子,X可以是CH2OCH2。0074在式714中,Y以与式1A和/或1B所示的相同方向示出,即,分子的不饱和残基经由。

19、左侧所示的价键与Y键合,且膦酸或盐基团键合于右侧的价键。0075Z是任何适合的阳离子。优选地,Z选自氢、碱金属、碱土金属、铵或有机碱阳离子。0076特别优选的式1A的化合物对应于式1500770078另一特别优选的式1A的化合物对应于式1600790080另一特别优选的式1A的化合物对应于式170081说明书CN102066389ACN102066399A8/19页170082另一特别优选的式1A的化合物对应于式1800830084另一特别优选的式1A的化合物对应于式1900850086本发明的膦酸盐和用作制备它们的起始原料的膦酸可以作为游离酸或作为它们的盐存在。应该理解的是,这里所提到的酸也。

20、涉及盐,反之亦然,在上下文允许这种可能的情况下。0087由这些新型膦酸盐单体和任选的其它共聚单体制备的聚合物和低聚物尤其可用作油田防垢剂。0088本发明的膦酸盐单体可以通过烯属不饱和环氧乙烷例如烯丙基缩水甘油醚或甲基丙烯酸缩水甘油酯与羟基官能化膦酸例如羟基乙叉基二膦酸或2羟乙基亚氨基说明书CN102066389ACN102066399A9/19页18双亚甲基膦酸单乙醇胺二膦酸盐的反应来制备。0089反应优选在水性介质中在微碱性的条件下进行,尽管可以使用有机溶剂和/或酸性催化。虽然烯属不饱和环氧乙烷可能相对很少地溶于水中,如果充分搅拌该不均匀混合物,它们很容易反应。如果反应混合物的浓度高,产物膦。

21、酸单体可能倾向于在工艺期间结晶出来。为了避免这种情况以及产生稳定的单体溶液,优选在50固体以下操作,更典型地在3040固体下操作。优选的工艺温度是约7595,在该温度下,反应一般在几小时内完成。在水性条件下的更高的反应温度可能导致膦酸盐单体的收率降低,这是因为,环氧乙烷与水的反应导致二醇形成。0090以下实例举例说明如何能够制备式1A和1B的化合物。0091说明书CN102066389ACN102066399A10/19页190092说明书CN102066389ACN102066399A11/19页200093任何此类反应将获得式1A和1B的化合物的混合物。0094本发明的膦酸盐单体的另一制备。

22、方法是让酰氨基醇或酰氨基酚例如N乙酰基乙醇胺与烯属不饱和环氧乙烷例如烯丙基缩水甘油醚反应,以获得中间体,该中间体在水解时获得了胺,该胺能够与甲醛和亚磷酸反应曼尼希反应,从而得到膦酸盐单体。典型地,该合成的第一步是在无水条件下使用碱性催化剂进行,尽管酸催化剂也是可行的。反应温度典型地是在100150的范围内。该水解和曼尼希反应通常在水性酸性条件下,典型地在80110下进行几个小时。反应路线可以如下所示00950096说明书CN102066389ACN102066399A12/19页210097本发明的膦酸单体的另一制备方法是让氨或胺与烯属不饱和环氧乙烷反应,以制备不饱和氨基官能化中间体,该中间体。

23、可以与甲醛和亚磷酸反应曼尼希反应,从而得到膦酸盐单体。采用该工艺步骤可以将多不饱和物质的形成减至最少例如使用大大过量的氨或胺。该环氧乙烷反应可以用或不用溶剂在40100的反应温度下进行几小时的时间,但通常水性介质是优选的。该曼尼希反应如以上进行。0098本发明的膦酸单体可以通过众所周知的自由基方法来聚合共聚。典型地,这可以在水溶液中用水溶性的聚合引发剂、催化剂、链转移剂和共聚单体进行。然而,在有机溶剂中的聚合或乳液或悬浮型聚合方法的使用以及水不溶性反应物的使用也是可能的。0099该聚合物可以是式1A或1B的化合物的均聚物,或包括2到低于100WT的式1C或1D的结构单元和至多98WT的其它单体。

24、的共聚物。作为除式1A或1B化合物以外的单体,烯属不饱和化合物是适合的。优选的烯属不饱和化合物选自单羧酸和二羧酸以及它们的衍生物,如盐、酯和酰胺。其它优选的烯属不饱和化合物是磺酸和它们的衍生物,如盐。0100与式1A或1B的化合物形成共聚物的优选的烯属不饱和化合物的实例是丙烯酸及其酯和盐,甲基丙烯酸及其酯和盐,马来酸及其酯和盐,富马酸及其酯和盐,巴豆酸及其酯和盐,衣康酸及其酯和盐,中康酸及其酯和盐,柠康酸及其酯和盐,当归酸,乙酸乙烯酯,氯乙烯,乙烯基吡啶,乙烯基吡咯烷酮,丙烯酰胺及其衍生物,2丙烯酰氨基2甲基丙烷磺酸及其盐,苯乙烯4磺酸及其盐,烯丙基磺酸及其盐,甲基烯丙基磺酸及其盐,乙烯基磺酸。

25、及其盐,乙烯基膦酸及其盐,二烷基氨基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯及其季化衍生物,二烯丙基二甲基氯化铵和3烯丙氧基2羟基丙基三甲基氯化铵。0101可使用的聚合引发剂的实例包括碱金属过硫酸盐和过硫酸铵,过氧化氢,有机过氧化物,偶氮化合物和氧化还原对,如过硫酸盐/亚硫酸氢盐、过氧化物/次磷酸盐、过氧化氢/甲醛合次硫酸氢盐。0102可使用的催化剂的实例包括铁盐和铜盐。可使用的链转移剂的实例包括硫醇如巯说明书CN102066389ACN102066399A13/19页22基乙酸和巯基丙酸、仲醇如异丙醇和次磷酸及其盐。0103对于油田防垢剂应用,聚合物或低聚物的分子量优选是在约100020000G/MOL的范围。

26、内,更典型地在15005000G/MOL的范围内。这可以通过引发剂和链转移剂水平调节的公知方式来实现。0104除了用作防垢剂以外,本发明的聚合物适合作为腐蚀抑制剂、除垢剂、粘合促进剂、洗涤剂增效助剂、反絮凝剂和分散剂。0105本发明的聚合物以适合于实现它们的目的的浓度使用。通常,有用的浓度为110,000PPM,更尤其为31000PPM。0106对于油田防垢剂应用,该聚合物或低聚物通常以在全部单体中使用2WT100WT的该膦酸盐单体的组合物为基础。更典型地,3WT到60WT的膦酸单体是优选的。0107聚合可通过间歇、半连续或连续方法来进行。0108下列实施例进一步举例说明本发明0109实施例1。

27、单体0110将36G的羟基乙叉基二膦酸的60水溶液和40G的水投入到装有搅拌装置、回流冷凝器以及加热和冷却装置的反应容器中。在搅拌和冷却下,缓慢添加336G的50氢氧化钠。然后添加114G的烯丙基缩水甘油醚,将该混合物加热至80,在该温度下保持2小时,然后加热至95,并在该温度下保持1小时。然后将反应混合物冷却,能够在无需进一步提纯的情况下用作单体溶液。0111如果冷却的反应混合物用醚3萃取,并将合并的醚萃取物干燥和蒸发,可忽略的量的烯丙基甘油醚被分离。如果将在乙醚萃取之后剩余的水溶液在105下干燥至恒重,约38G或大约88的理论量的二膦酸单体作为白色固体获得。0112实施例2单体0113将7。

28、2G的1,1羟基乙叉基二膦酸的60水溶液和160G的水投入到装有搅拌装置、回流冷凝器以及加热和冷却装置的反应容器中。在搅拌和冷却下,缓慢添加60G的50氢氧化钠。然后添加0015G的对甲氧基苯酚和284G的甲基丙烯酸缩水甘油酯,然后将混合物加热至75,保持7小时。分离出少量未反应的甲基丙烯酸缩水甘油酯,产物作为白色结晶固体约70收率分离或者作为未提纯的水溶液用于制备聚合物。0114实施例3单体0115将515G的N乙酰基乙醇胺和0275G的金属钠投入到装有搅拌装置、回流冷凝器以及加热和冷却装置的反应容器内。将该混合物加热至130,当钠完全溶解时,经1小时按小份添加57G的烯丙基缩水甘油醚。在整。

29、个添加过程中以及在此后15小时内将温度保持在130140。0116然后将反应混合物冷却,添加275G的37盐酸,随后添加885G的97亚磷酸和245G的水。然后将混合物加热至93,在30分钟内添加925G的34甲醛溶液,将温度保持在9095。当添加了全部甲醛时,将温度升高至回流105108,保持10小时。0117在冷却之后,添加155G的50氢氧化钠。所得溶液无需提纯而直接用于制备共聚物。0118实施例4单体说明书CN102066389ACN102066399A14/19页230119将250G的0880氨和57G的烯丙基缩水甘油醚投入到装有搅拌装置、回流冷凝器以及加热和冷却装置的反应容器内。。

30、接着发生慢反应,温度上升至40的峰值,无需进行外部加热。然后进行加热并使混合物回流直至排气中没有检测到氨为止大约3小时。0120然后将反应混合物冷却,添加275G的37盐酸,随后添加885G的97亚磷酸和245G的水。然后将混合物加热至93,在30分钟内添加925G的34甲醛溶液,将温度保持在9095。当添加了全部甲醛时,将温度升高至回流105108,保持10小时。0121在冷却之后,添加155G的50氢氧化钠。所得溶液无需提纯而直接用于制备共聚物。0122实施例5单体0123将2575G的二亚乙基三胺和625G的水投入到装有搅拌装置、回流冷凝器以及加热和冷却装置的反应容器内。在冷却下,缓慢添。

31、加4925G的37盐酸。将温度减低至40,然后添加285G的烯丙基缩水甘油醚。将混合物在6570下加热1小时,然后在95下加热1小时。0124然后将反应混合物冷却,添加885G的97亚磷酸和30G水。0125然后将混合物加热至93,在30分钟内添加925G的34甲醛溶液,将温度保持在9095。当添加了全部甲醛时,将温度升高至回流105108,保持10小时。0126在冷却之后,添加277G的50氢氧化钠。所得溶液无需提纯而直接用于制备共聚物。0127实施例6聚合物0128将121G的实施例1获得的反应混合物在水溶液中与130G的烯丙基磺酸钠和98G的马来酸酐共聚合。0129所得产物是透明的浅棕色。

32、溶液,不挥发性物质为51,PH2,布鲁克费尔德粘度为62CP。0130所得产物在一系列对比试验中相对于许多工业标准防垢剂进行测试。这些试验包括在硫酸盐结垢体系中的静态和动态抑制试验用5050地层水250MG/L钡海水2960MG/L硫酸盐盐水混合物代表,用碳酸盐结垢体系的动态抑制性能试验用自结垢地层水2800MG/L钙,500MG/L碳酸氢盐代表,用于评价硫化物结垢体系中的性能的改良静态试验以及用于评价由聚合物提供的保留特性的静态吸附试验。0131该聚合物在静态和动态抑制试验中证明了针对硫酸盐水垢的优异性能,与工业标准相比提供了更高的抑制效率和更低的MICS,参见表1和2。还明显的是,与不含P。

33、的聚合物相比,引入膦酸单体改进了静态和动态条件下的硫酸盐抑制性能,参见表1和2。据认为这归因于由聚合物中的膦酸盐和马来酸和磺酸盐官能团的组合所获得的协同抑制。该聚合物也在动态试验中证明了适当的碳酸盐抑制度,其结果在表3中提供。0132表1在24小时期间内在硫酸盐条件下的实施例6的静态抑制试验;值给出了按计的BA效率0133说明书CN102066389ACN102066399A15/19页240134表2在硫酸盐条件下的实施例6的动态抑制试验0135抑制剂最低抑制剂浓度/PPMDTPMP对比15PPCA对比20HEMPA对比30马来酸三元共聚物对比30PVS共聚物对比30实施例6150136表3。

34、在碳酸盐条件下的实施例6的动态抑制试验0137抑制剂最低抑制剂浓度/PPM实施例610138在静态试验中,该聚合物也显示了一定程度的针对硫化铁水垢的抑制,通过将增高浓度的硫化物阴离子添加到含铁10PPM的盐水混合物中,显示了更高的对硫化物的耐受性,该结果在表4中提供。0139表4在硫化物水垢条件下的静态硫化物耐受试验,100PPM抑制剂浓度;值表示按NTU计的浊度0140说明书CN102066389ACN102066399A16/19页250141所形成的聚合物在静态吸附试验中还显示了与不含P的产品相比增加的对砂岩岩心材料的吸附,参见表5。该结果是预期的,因为在文献中充分记载了经由主链或侧链在。

35、聚合物中引入含P的基团增加了聚合物在岩石表面上的保留。0142表5抑制剂在砂岩上的静态吸附,MG/G01430144这里进行的试验中,所获得的聚合物显示了有效的对抗硫酸盐、碳酸盐和硫化物水垢的性能以及高水平的在砂岩岩心上的吸附。0145实施例7聚合物0146具有更高二膦酸盐含量的二膦酸盐官能化低聚物的制备。0147将242G的实施例1获得的反应混合物在水溶液中与48G的烯丙基磺酸钠和49G的马来酸酐共聚合。0148所得产物是透明的浅棕色溶液,不挥发性物质为42,PH30,布鲁克费尔德粘度为14CP。0149所得产物在一系列对比试验中相对于许多工业标准防垢剂进行测试。该试验包括在硫酸盐结垢体系用。

36、5050地层水250MG/L钡海水2960MG/L硫酸盐盐水混合物代表中的静态和动态抑制试验。在静态和动态抑制试验中,该聚合物均显示了有效的对抗硫酸盐水垢的性能,该结果在表6和7中提供。说明书CN102066389ACN102066399A17/19页260150表6在24小时期间在硫酸盐条件下的实施例7的静态抑制试验;值表示按计的BA效率01510152表7在硫酸盐条件下的实施例7的动态抑制试验0153抑制剂最低抑制剂浓度/PPMDTPMP对比15PPCA对比20HEMPA对比30马来酸三元共聚物对比30PVS共聚物对比30实施例7200154所形成的聚合物在静态吸附试验中还显示了高度的对砂。

37、岩岩心材料的吸附,该结果在表5中提供。0155实施例8聚合物0156将316G的实施例2的产物在水溶液中均聚。0157该透明的微黄色产物具有19的不挥发物含量、77的PH和3CP的布鲁克费尔德粘度。0158实施例9聚合物0159将75G的实施例3获得的溶液在水溶液中与143G的丙烯酸共聚合。0160该透明的浅棕色产物具有41的不挥发物含量、44的PH和99CP的布鲁克费尔德粘度。0161该最终产品在动态试验中在碳酸盐结垢体系用自结垢地层水2800MG/L钙,500MG/L碳酸氢盐代表中进行评价。该聚合物显示了有效的碳酸盐水垢抑制,结果在表说明书CN102066389ACN102066399A1。

38、8/19页278中提供。0162表8在硫酸盐条件下的实施例9的动态抑制试验0163抑制剂最低抑制剂浓度/PPM实施例940164实施例10聚合物0165将90G的实施例4获得的溶液在水溶液中与72G的丙烯酸和65G的乙烯基磺酸钠共聚合。0166该透明的浅棕色产物具有41的不挥发物含量、33的PH和21CP的布鲁克费尔德粘度。0167所得产物在硫酸盐结垢体系用5050地层水250MG/L钡海水2960MG/L硫酸盐盐水混合物代表中在动态抑制试验中进行测试。在这里进行的试验中,该聚合物显示了优异的抑制硫酸盐水垢的性能,该结果在表9中提供。0168表9在硫酸盐条件下的实施例10的动态抑制试验0169。

39、抑制剂最低抑制剂浓度/PPMDTPMP对比15PPCA对比20HEMPA对比30马来酸三元共聚物对比30PVS共聚物对比30实施例10200170实施例11聚合物0171将108G的实施例5中制备的溶液在水溶液中与77G的烯丙基磺酸钠和65G的马来酸酐共聚合。0172所得产物是透明的浅棕色溶液,固体为53,PH13,布鲁克费尔德粘度为66CP。0173所得产物在一系列对比试验中相对于许多工业标准防垢剂进行测试。该试验包括在硫酸盐结垢体系用5050地层水250MG/L钡海水2960MG/L硫酸盐盐水混合物代表中的静态和动态抑制试验。在静态和动态抑制试验中,该聚合物均显示了有效的对抗硫酸盐水垢的性。

40、能,该结果在表10和11中提供。0174表10在24小时期间在硫酸盐条件下的实施例11的静态抑制试验;值表示按计的BA效率0175说明书CN102066389ACN102066399A19/19页280176表11在硫酸盐条件下的实施例11的动态抑制试验0177抑制剂最低抑制剂浓度/PPMDTPMP对比15PPCA对比20HEMPA对比30马来酸三元共聚物对比30PVS共聚物对比30实施例11250178所形成的聚合物在静态吸附试验中还显示了高度的对砂岩岩心材料的吸附,该结果在表5中提供。0179缩写具有下面的含义0180DTPMP二亚乙基三胺五亚甲基膦酸二钠盐0181PPCA聚膦基羧酸0182HEMPA羟乙基氨基二亚甲基膦酸0183PVS聚乙烯基磺酸盐说明书CN102066389A。

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