CN103173197B

CN103173197B - 一种双子表面活性剂及其制备方法和在三次采油中的应用

Info

Publication number: CN103173197B
Application number: CN201310068544.7A
Authority: CN
Inventors: 金洗郎; 李剑利; 史真
Original assignee: NORTHWEST UNIVERSITY
Current assignee: NORTHWEST UNIVERSITY
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2033-03-05
Also published as: CN103173197A

Abstract

本发明公开了结构式（I）所示的双子表面活性剂，其中，R₁为C₉、C₁₁、C₁₃、C₁₅的烷基，R₂为CH₂COONa或CH₂CH(OH)CH₂SO₃Na，R₃为CH₂COO^-或CH₂CH(OH)CH₂SO₃ ^-。本发明双子表面活性剂用于油田三次采油中，可以有效地降低表面张力和油水界面张力，特别是在较低的碱度下，均能使原油油水界面张力达到超低，而且具有高效的润湿、渗透和乳化，配伍性好；本发明制备工艺简单，成本低，适合于工业化生产。

Description

一种双子表面活性剂及其制备方法和在三次采油中的应用

技术领域

本发明涉及一种用于三次采油化学驱油剂的双子表面活性剂及其制备方法。

背景技术

随着现代社会经济的发展，人们对于石油资源需求量的不断增加和石油储量的不断减少，使得石油这种不可再生的资源变得越来越宝贵。油田在二次采油的后期阶段，出现高含水或特高含水，原油产量递减速度加快，经济效益下降。为了提高油田的采收率，三次采油技术的开发应用势在必行。化学复合驱是以表面活性剂、碱、聚合物组成的驱油体系，其中表面活性剂的作用是降低油水之间的界面张力，提高洗油效率；加碱的作用是把原油中石油酸转变成为石油酸盐，使之成为天然表面活性剂，可降低表面活性剂的用量，以此降低驱油体系的成本；聚合物的作用是提高驱油体系粘度，有利于提高它们的波及系数。复合驱充分发挥各组分之间的协同作用，大幅度提高驱油效率。

目前，制约复合驱技术推广应用的关键技术是复合驱油用表面活性剂的研制。近年来，“十二五”期间，驱油用表面活性剂需求量将从12万吨增长到18万吨，研制高效、廉价、无污染的复合驱油用表面活性剂的工作备受关注。传统的表面活性剂为单亲水基、单疏水基的两亲分子，这样的分子结构特点导致其在溶液中形成气液界面吸附层和在体相中聚集体分子的有序组织过程中，受到疏水缔合和同种电荷排斥两种相反的作用力，使其表面活性的提高受到限制。双子表面活性剂是一类全新的表面活性剂，由于该结构是由两个亲水基团、两个疏水基团和一个连接基键合而成的特殊结构化合物，使它具有超低界面张力、低临界胶束浓度、低Kraff点、良好的钙皂分散能力和润湿性能等一系列独特性质，从而引起极大关注。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有低毒、易降解的双子表面活性剂。

本发明的另一目的是提供上述双子表面活性剂的制备方法。

本发明还有一个目的是提供上述双子表面活性剂在三次采油中作为化学驱油剂的应用。

本发明实现过程如下：

结构式（I）表示的双子表面活性剂，

其中，R₁为C₉、C₁₁、C₁₃、C₁₅的烷基，R₂为CH₂COONa或CH₂CH(OH)CH₂SO₃Na， R₃为CH₂COO^-或CH₂CH(OH)CH₂SO₃ ^-。

结构式（I）表示的双子表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将摩尔比为2:1的R₁COOH和二乙烯三胺混合；

（2）在150-170℃反应，减压蒸出反应生成的水；

（3）降温，重结晶得蜡状中间体；

（4）将1：2：2的中间体、氯乙酸钠或3-氯-2-羟基丙磺酸钠、氢氧化钠溶于水，80-90℃反应3h即可得到结构式（I）所示的双子表面活性剂；

其中，R₁为C₉、C₁₁、C₁₃、C₁₅的烷基。

上述步骤（3）中，在丙酮中重结晶。

本发明的优点与积极效果：

1、本发明所得的双子表面活性剂，用于油田三次采油中，作为驱油剂配制复合驱油体系，可以有效地降低表面张力和油水界面张力，特别是在较低的碱度下，均能使原油油水界面张力达到超低(10^-3 mN /m)，而且具有高效的润湿、渗透和乳化，配伍性好；2、本发明所得产品具有低毒性，较好的生物降解，环保无污染，优良的抗盐、抗高温等特点；3、本发明原料易得，制备工艺简单，成本低，适合于工业化生产。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，以下通过发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

在反应器中加入200mol正癸酸和100mol二乙烯三胺，加热搅拌使完全熔化，得到淡黄色透明液体，在26.7kPa下，搅拌并解热混合物，使反应温度缓慢上升，在5h内由50℃升至150℃，不断除去反应生成的水。减压冷却反应混合物至室温，得到浅黄色固体，粗产物用丙酮重结晶，得到蜡状中间体。取50mol中间体，缓慢加入由100mol氯乙酸，200mol氢氧化钠、1800L水配成的溶液。升温至80-90℃反应3h，即可合成得到双子表面活性剂1。¹H NMR(D₂O， 400MHz) δ (ppm): 4. 72(s， 2H)， 4.15 (s， 2H)， 3.71-3.80(m， 8H)， 2.33(t， 4H)， 1.61-1.68(m， 4H)， 1.27-1.40(m， 24H)， 0.93(t， 6H)。

实施例2

在反应器中加入200mol月桂酸和100mol二乙烯三胺，加热搅拌使完全熔化，得到淡黄色透明液体，在26.7kPa下，搅拌并解热混合物，使反应温度缓慢上升，在5h内由50℃升至160℃，不断除去反应生成的水。减压冷却反应混合物至室温，得到浅黄色固体，粗产物用丙酮重结晶，得到蜡状中间体。取50mol中间体，缓慢加入由100mol氯乙酸，200mol氢氧化钠、1800L水配成的溶液。升温至80-90℃反应3h，即可合成得到双子表面活性剂2。¹H NMR(D₂O， 400MHz) δ (ppm): 4. 75(s， 2H)， 4.18 (s， 2H)， 3.69-3.82(m， 8H)， 2.38(t， 4H)， 1.60-1.66(m， 4H)， 1.27-1.45(m， 32H)， 0.95(t， 6H)。

实施例3

在反应器中加入200mol豆蔻酸和100mol二乙烯三胺，加热搅拌使完全熔化，得到淡黄色透明液体，在26.7kPa下，搅拌并解热混合物，使反应温度缓慢上升，在5h内由50℃升至170℃，不断出去反应生成的水。减压冷却反应混合物至室温，得到浅黄色固体，粗产物用丙酮重结晶，得到蜡状中间体。取50mol中间体，缓慢加入由100mol氯乙酸，200mol氢氧化钠、1800L水配成的溶液。升温至80-90℃反应3h，即可合成得到双子表面活性剂3。¹H NMR(D₂O， 400MHz) δ (ppm): 4. 74(s， 2H)， 4.17 (s， 2H)， 3.72-3.85(m， 8H)， 2.35(t， 4H)， 1.62-1.68(m， 4H)， 1.27-1.43(m， 40H)， 0.91(t， 6H)。

实施例4

在反应器中加入200mol棕榈酸和100mol二乙烯三胺，加热搅拌使完全熔化，得到淡黄色透明液体，在26.7kPa下，搅拌并解热混合物，使反应温度缓慢上升，在5h内由50℃升至170℃，不断除去反应生成的水。减压冷却反应混合物至室温，得到浅黄色固体，粗产物用丙酮重结晶，得到蜡状中间体。取50mol中间体，缓慢加入由100mol氯乙酸，200mol氢氧化钠、1800L水配成的溶液。升温至80-90℃反应3h，即可合成得到双子表面活性剂4。¹H NMR(D₂O， 400MHz) δ (ppm): 4. 70(s， 2H)， 4.15 (s， 2H)， 3.70-3.87(m， 8H)， 2.33(t， 4H)， 1.58-1.62(m， 4H)， 1.31-1.45(m， 48H)， 0.93(t， 6H)。

实施例5

在反应器中加入200mol正癸酸和100mol二乙烯三胺，加热搅拌使完全熔化，得到淡黄色透明液体，在26.7kPa下，搅拌并解热混合物，使反应温度缓慢上升，在5h内由50℃升至160℃，不断除去反应生成的水。减压冷却反应混合物至室温，得到浅黄色固体，粗产物用丙酮重结晶，得到蜡状中间体。取50mol中间体，缓慢加入由100mol 3-氯-2-羟基丙磺酸钠，100mol氢氧化钠、1800L水配成的溶液，升温至80-90℃反应3h，即可合成得到双子表面活性剂5。¹H NMR(D₂O， 400MHz) δ (ppm): 4.30-4.34(m， 2H)， 3.87(d， 4H)， 3.75(t， 4H)， 3.70(t， 4H)， 3.50(t， 4H)， 2.28 (t， 4H)， 1.57(m， 4H)， 1.29-1.45(m， 24H)， 0.93(t， 6H)。

实施例6

在反应器中加入200mol月桂酸和100mol二乙烯三胺，加热搅拌使完全熔化，得到淡黄色透明液体，在26.7kPa下，搅拌并解热混合物，使反应温度缓慢上升，在5h内由50℃升至170℃，不断除去反应生成的水。减压冷却反应混合物至室温，得到浅黄色固体，粗产物用丙酮重结晶，得到蜡状中间体。取50mol中间体，缓慢加入由100mol3-氯-2-羟基丙磺酸钠，100mol氢氧化钠、1800L水配成的溶液，升温至80-90℃反应3h，即可合成得到双子表面活性剂6。¹H NMR(D₂O， 400MHz) δ (ppm): 4.32-4.35(m， 2H)， 3.90(d， 4H)， 3.78(t， 4H)， 3.68(t， 4H)， 3.51(t， 4H)， 2.33(t， 4H)， 1.58(m， 4H)， 1.29-1.48(m， 32H)， 0.96(t， 6H)。

实施例7

在反应器中加入200mol豆蔻酸和100mol二乙烯三胺，加热搅拌使完全熔化，得到淡黄色透明液体，在26.7kPa下，搅拌并解热混合物，使反应温度缓慢上升，在5h内由50℃升至170℃，不断除去反应生成的水。减压冷却反应混合物至室温，得到浅黄色固体，粗产物用丙酮重结晶，得到蜡状中间体。取50mol中间体，缓慢加入由100mol3-氯-2-羟基丙磺酸钠，100mol氢氧化钠、1800L水配成的溶液，升温至80-90℃反应3h，即可合成得到双子表面活性剂7。¹H NMR(D₂O， 400MHz) δ (ppm): 4.30-4.35(m， 2H)， 3.91(d， 4H)， 3.75(t， 4H)， 3.62(t， 4H)， 3.48(t， 4H)， 2.38(t， 4H)， 1.55(m， 4H)， 1.32-1.45(m， 40H)， 0.91(t， 6H)。

实施例8

在反应器中加入200mol棕榈酸和100mol二乙烯三胺，加热搅拌使完全熔化，得到淡黄色透明液体，在26.7kPa下，搅拌并解热混合物，使反应温度缓慢上升，在5h内由50℃升至170℃，不断除去反应生成的水。减压冷却反应混合物至室温，得到浅黄色固体，粗产物用丙酮重结晶，得到蜡状中间体。取50mol中间体，缓慢加入由100mol3-氯-2-羟基丙磺酸钠，100mol氢氧化钠、1800L水配成的溶液，升温至80-90℃反应3h，即可合成得到双子表面活性剂8。¹H NMR(D₂O， 400MHz) δ (ppm): 4.31-4.36(m， 2H)， 3.83(d， 4H)， 3.75(t， 4H)， 3.62(t， 4H)， 3.44(t， 4H)， 2.35(t， 4H)， 1.52(m， 4H)， 1.25-1.45(m， 48H)， 0.93(t， 6H)。

实施例9

三元复合驱体系由复合碱、复配表面活性剂以及聚合物组成，其中各组分质量含量为：复合碱：0.2-2.0 份，复配表面活性剂：0.05-0.5 份，聚合物：0.8-1.2 份。

实施例1-8制备得到的双子表面活性剂应用于三元复合驱实验结果见表1。界面张力测定条件：测定温度为45℃，测定仪器为“TEXAS-500”旋转界面张力仪。

实验油水为采油厂深度处理污水及脱水原油。复合碱浓度为0.5%，高分子聚合物浓度为1000mg/L。从上表可以看出本发明所涉及的双子表面活性剂可作为三元复合驱体系的表面活性剂，应用于三次采油之中，均能和原油形成超低界面张力。

Claims

1.结构式（I）表示的双子表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：

其中，R₁为C₉、C₁₁、C₁₃、C₁₅的烷基，R₂为CH₂COONa或CH₂CH(OH)CH₂SO₃Na， R₃为CH₂COO^-或CH₂CH(OH)CH₂SO₃ ^-，

（1）将摩尔比为2:1的R₁COOH和二乙烯三胺混合；

（2）在150-170℃反应，减压蒸出反应生成的水；

（3）降温，在丙酮中重结晶得蜡状中间体；

（4）将1：2：2的中间体、氯乙酸钠或3-氯-2-羟基丙磺酸钠、氢氧化钠溶于水，80-90℃反应3h即可得到结构式（I）所示的双子表面活性剂。

2.权利要求1所述制备方法制备得到的双子表面活性剂在三次采油中的应用。