CN101891655A

CN101891655A - 一种三次采油用改性甜菜碱型两性表面活性剂的制备方法

Info

Publication number: CN101891655A
Application number: CN2010102069658A
Authority: CN
Inventors: 程玉桥; 孙焕泉; 李振泉; 宋新旺; 崔晓红; 王红艳; 李秀兰; 严兰; 郭淑凤; 李青华
Original assignee: 程玉桥
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2010-11-24

Abstract

本发明提供一种三次采油用改性甜菜碱型两性表面活性剂的制备方法，该方法是以亚硫酸氢钠、环氧氯丙烷、长链烷基叔胺为原料，经开环反应、季铵化反应，制得两性型驱油用表面活性剂。本发明的三次采油用两性型驱油剂是一种改性甜菜磺酸型表面活性剂，因此具有比传统表面活性剂性能更高的一种新型表面活性剂。此类表面活性剂具有四个优点，一是方法经典成熟；二是界面活性高；三是高效环保；四是普适性好。

Description

一种三次采油用改性甜菜碱型两性表面活性剂的制备方法

技术领域

本发明涉及提高油藏原油采收率的化学驱用新型表面活性剂制备方法，具体是采用丙磺酸中间体法合成出烷基羟基磺基甜菜碱型表面活性剂。

背景技术

近几十年来，针对我国的特殊油藏条件及各种技术的适应性，化学复合驱成为最有应用前景的三次采油方法之一。三次采油中所选用表面活性剂，在油田的应用中脱颖而出。表面活性剂是一类具有双亲基团活性分子，当表面活性剂进入溶液时，双亲基团会在液/固接触面，液/液界面及体相的溶液中发生定向分布，极性基团与矿物、岩石的表面结合时，极性的水分子或亲水基团就会占据颗粒表面，从而使岩石表面由油湿变为水湿，破坏原油边界层，被束缚的原油随即解脱出来，成为可流动油，同时在油水界面上出现张力降低、原油乳化、油滴聚并等过程，从而使原油采收率得以提高。室内研究表明，这种方法驱替效果很好，驱油效率有时可达到100％。

目前三次采油用表面活性剂以传统的磺酸盐与羧酸盐的阴离子表面活性剂为主，这类表面活性剂由于相同电性的离子头基间静电斥力以及头基水化层的空间位阻作用，阻碍了分子在空间致密排列，即：无论在气/水界面吸附层还是体相的聚集体中，表面活性剂分子中离子彼此头基间均存在着一定的平衡距离，无法完全紧密地靠拢，导致活性剂分子在气/水界面上不能紧密排列，严重影响了活性剂效能发挥，从而进一步影响到溶液表(界)面张力。另外传统的磺酸盐与羧酸盐的阴离子表面活性剂耐二价阳离子、抗盐、抗高温性能都不够理想。

随着油田开采程度的日益深入，现在所使用的表面活性剂已不能满足“苛刻”油藏的要求，而两性表活剂所独有的结构决定了其具有耐温抗盐能力，能够应对目前苛刻的油藏条件，这是因为：(1)阴阳一体的内盐结构决定了该类表活剂具有良好的耐温抗盐性；(2)较宽的PH值决定了该表活剂具有耐高强度酸、碱、盐的特性；(3)分子中多个活性基团决定了该表活剂具有较高的界面活性；(4)该类表活剂的合成原料和路线响应环境友好，对环境毒性很小。因此，开发新型两性型表面活性剂具有重要的意义。

发明内容

本发明的技术任务是针对上述驱油用表面活性剂性能不足，提供一种驱油效果好，与原油可形成超低界面张力的应用于三次采油用的高效驱油用的甜菜碱型驱油剂。

本发明的方法是按以下方式实现的，应用于三次采油用的单一的驱油剂，是以亚硫酸氢钠、环氧氯丙烷、长链烷基叔胺为原料，经开环反应、季铵化反应，制得烷基羟基磺基甜菜碱型两性表面活性剂，其制备步骤如下：

(1)3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠的制备：将NaHSO₃溶解于水中，当温度升到40℃时缓慢滴加环氧氯丙烷至其中。加毕，继续反应7h后，冷却析出白色晶体，用旋转蒸发仪将其旋干，得3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠晶体；

(2)成盐：将步骤(1)制得的3-氯-2-羟基丙磺酸钠与长链烷基叔胺按一定比例在甲醇中溶解，90℃下加热回流8h，得到浑浊溶液，将此溶液旋转旋去溶剂，得到最终产物烷基羟基磺基甜菜碱型两性表面活性剂。

本发明应用于三次采油的驱油剂，在合成及应用具有以下几个突出的优点：

(1)一是反应经典，所涉及到反应均为有机合成经典反应，涉及到原料均为市场可以购买到常用化工原料，很容易实现工业化生产。

(2)二是产率较高，总产率达95％以上。

(3)三是高效环保，从单一表面活性剂驱油效果来说，表现出非常高的界面活性，使胜利油田Ⅰ、Ⅱ油藏原油油水界面张力均能达到10^-3mM/m。

具体实施方式

本发明的三次采油用烷基羟基磺基甜菜碱型两性表面活性剂的制备方法，是是以亚硫酸氢钠、环氧氯丙烷、长链烷基叔胺为原料，经开环反应、季铵化反应，制得烷基羟基磺基甜菜碱型两性表面活性剂，制备步骤如下：

(1)3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠的制备：将NaHSO₃溶解于水中，当温度升到40℃时缓慢滴加等摩尔的环氧氯丙烷至其中。加毕，继续反应7h后，冷却析出白色晶体，用旋转蒸发仪将其旋干，得3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠晶体；

(2)成盐：将步骤(1)制得的3-氯-2-羟基丙磺酸钠与长链烷基叔胺按重量比1∶3-5的比例在甲醇中溶解，90℃下加热回流8h，得到浑浊溶液，将此溶液旋转旋去溶剂，得到最终产物烷基羟基磺基甜菜碱型两性表面活性剂。

本发明的方法制得的的产品为烷基羟基磺基甜菜碱型两性表面活性剂。

所制得的两性型表面活性亲油基团原料为十二烷基叔胺、十四烷基叔胺、十六烷基叔胺、十八烷基叔胺。

所制得的两性型表面活性剂中连接阴阳离子的碳链上引入了羟基。

所制备的两性型表面活性亲水基团为磺酸基。

下面通过实施例对本发明的方法作进一步阐述，以更好理解本发明的内容。

实施例1：

将0.3mol亚硫酸氢钠在50ML蒸馏水下充分溶解，待温度升到40℃时，用滴液漏斗缓缓将等摩尔的环氧氯丙烷滴入，反应7h后结束反应，环氧氯丙烷经开环反应生成3-氯-2-羟基-丙磺酸钠。

在装有上述产物的烧瓶内加入1-1.5Ml的长链烷基叔胺和60ML甲醇溶剂，90℃下加热回流8h，结束反应得到目标产物。平行3次实验，得到的产物都能使油水界面张力达到超低。

实施例2：

取制备的烷基羟基磺基甜菜碱表面活性剂0.4g，水99.6g，分别与胜利孤东原油、孤岛原油及胜坨原油作界面张力测定实验，从实验结果来看，研发出的活性剂表现较好的普适性，油水界面张力均能达到超低(10^-3mM/m)，具有较好耐温抗盐及抗钙、镁能力。实验用水为孤东东三联注入水(其矿化度为10428mg/L，钙、镁离子浓度为330mg/L)，原油为孤东六区6-32-2472井原油；孤岛孤一注注入水(其矿化度为8618mg/L，钙、镁离子浓度189mg/L)，原油为2N3井原油；孤岛孤三注注入水(其矿化度为8438mg/L，钙、镁离子浓度151mg/L)，原油为5-5井原油；胜坨坨六站水(其矿化度为17435mg/L；钙、镁离子浓度475mg/L)，原油为2-4-N251井原油。

实施例3：

针对孤岛中一区Ng3-6和胜二区，将取制备的烷基羟基磺基甜菜碱表面活性剂1.2g，水208.8g，5000mg/L的聚合物90g配成0.4％表活剂+1500mg/L聚合物的二元体系，通过对单一体系及复配体系的界面张力及粘度的考察，从油水界面张力来看，研发的此类表面活性剂对聚合物有较好适应性；从驱油用二元体系来看，两种化学剂有较好的协同作用，表活剂对二元体系有明显的增粘作用。

Claims

1.一种三次采油用改性甜菜碱型两性表面活性剂的制备方法，其特征在于：是以亚硫酸氢钠、环氧氯丙烷、长链烷基叔胺为原料，经开环反应、季铵化反应，制得烷基羟基磺基甜菜碱型两性表面活性剂，制备步骤如下：

1)3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠的制备：将NaHSO₃溶解于水中，当温度升到40℃时缓慢滴加等摩尔环氧氯丙烷至其中，加毕，继续反应7h后，冷却析出白色晶体，用旋转蒸发仪将其旋干，得3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠晶体备用；

2)成盐：将步骤(1)制得的3-氯-2-羟基丙磺酸钠与长链烷基叔胺按重量比1∶3-5的比例在甲醇中溶解，90℃下加热回流8h，得到浑浊溶液，将此溶液旋转旋去溶剂，得到最终产物烷基羟基磺基甜菜碱型两性表面活性剂，结构式如下表示：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，改性甜菜碱型表面活性亲油基团原料为十二烷基叔胺、十四烷基叔胺、十六烷基叔胺、十八烷基叔胺中的一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于改性甜菜碱型表面活性中引入了羟基基团。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所制备的改性甜菜碱型表面活性亲水基团为磺酸基。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于整个反应是在有机溶剂或者水中进行。