CN101899292A

CN101899292A - 一种降低油水界面张力的新型表面活性剂复配体系

Info

Publication number: CN101899292A
Application number: CN2010101840747A
Authority: CN
Inventors: 尚亚卓; 刘洪来; 宋伟杰; 王菲; 彭昌军
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2030-05-25
Also published as: CN101899292B

Abstract

本发明涉及一种能降低油水界面张力的新型表面活性剂复配体系。它是一种含离子液体表面活性剂和偶联表面活性剂的混合溶液，少量离子液体表面活性剂的加入就可以使油水间的界面张力比不含离子液体的体系降低一个数量级以上。该体系也可以加入一些碱和聚合物。离子液体、偶联表面活性剂自身的特殊性能及二者的协同效应，使表面活性剂在使用浓度较低的情况下大幅度降低界面张力，产品性能稳定；无需加入助剂就可以得到低于室温到接近100℃范围内均一稳定的溶液。该复配体系有望用作三次采油驱油液。

Description

一种降低油水界面张力的新型表面活性剂复配体系

技术领域

本发明涉及一种能降低油水界面张力的表面活性剂复配体系，具体涉及一种含离子液体表面活性剂和偶联表面活性剂的新型复配体系。

背景技术

石油是一种非再生能源，在国民经济中具有举足轻重的地位。随着工业的发展，对石油的需求越来越多。鉴于国际石油资源趋于枯竭、多数产油国的开采能力已接近甚至达到极限，石油生产成本提高以及石油资源垄断性加强等因素，未来的国际油价趋势必然升高，因此提高石油采收率(又称三次采油)就成了当今人们研究的热点。三次采油通常可分为三类：第一类为热力驱法，第二类为混相驱，第三类为化学驱。目前，研究最多、应用最广且被认为最有发展前景的驱油方法为化学驱油法，包括聚合物驱、表面活性剂驱、碱驱、微乳液驱、复合驱等。研究证实，在三次采油过程中，若要提高采收率就必须提高波及效率和驱替效率。提高驱油液粘度以降低流度比可以有效提高波及效率。而提高驱替效率最有效、可行的方法则是在驱油液中添加表面活性剂以形成油水超低界面张力(10^-3mN/m以下)。阴离子表面活性剂是目前三次采油中应用最广的一类表面活性剂，但使用单一表面活性剂驱油存在着活性剂波及系数低、驱油效率差、吸附损失较为严重、表面活性剂用量大、成本较高等缺点，开发新型、高效、廉价的驱油体系一直是三次采油技术研究的重点。近年来，复合驱被认为是一种更有潜力的三次采油方法。合适的表面活性剂复配体系，不仅能产生很好的协同效应，大幅度降低体系的界面张力，而且还能够降低表面活性剂的吸附损失量，甚至驱油用表面活性剂的总浓度也有可能降低，同时表面活性剂的其它性能如抗盐能力、耐温性能或吸附损耗减少等得到强化。因此，通过不同表面活性剂的适当复配，可使各自优点充分发挥，相互取长补短。

偶联表面活性剂是一类新型表面活性剂，在三次采油中具有很大的应用潜力。首先，偶联表面活性剂较低的CMC和较高的表面活性使其在较小的浓度下即可达到超低界面张力，可以大幅度提高驱油效率；其次，由于偶联表面活性剂含有两个亲水头基，因此，与常规表面活性剂相比具有更好的水溶性和耐盐性；更重要的是偶联表面活性剂与其他驱油助剂配伍性更好，可大大降低其实际应用成本。离子液体是一类新型绿色化学品，是由阴、阳离子组成，常温附近呈液态的盐类。研究中发现，当离子液体的阳离子中含一个相对较长的烷基链时，其具有高于传统表面活性剂的表面活性。离子液体表面活性剂不但具备传统表面活性剂的特点而且绿色环保、具有生物相容性、分子结构可调性，是一类新型且具有独特性能的绿色表面活性剂。离子液体独特的物化性质已引起人们的广泛关注，正成为当前研究与开发的热点之一。

上已述及，不同表面活性剂之间的适当复配可有效降低油水界面张力，以提高石油采收率。然而，到目前为止，把离子液体表面活性剂同偶联表面活性剂复配用于降低油水界面张力以提高石油采收率还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于开发一种新型、高效的能显著降低油水界面张力的复配体系，减少表面活性剂用量，使油水界面张力降低一到两个数量级。

本发明是这样实现的：

一种能降低油水界面张力的新型表面活性剂复配体系，其特征在于，所述复配体系的配方为(以重量百分比计)：

离子液体表面活性剂：0.02～1.00％

偶联阴离子表面活性剂：0.03～1.50％

碱：0～1.20％

聚合物：0～0.15％

水：96.15～99.95％

其中：所述的离子液体表面活性剂是烷基咪唑类离子液体，通式为：[C_nmim][X](n＝8，10，12；X＝Cl^-，Br^-)。

所述的偶联阴离子表面活性剂为羧酸盐或磺酸盐类偶联表面活性剂，或者羧酸盐/磺酸盐与除偶联阴离子表面活性剂之外的阴离子表面活性剂的混合物。

偶联羧酸盐类表面活性剂可以为1，6-己二酸钠，2，3-双十二烷基酯，N，N-双十四酰基乙二胺二乙酸钠；偶联磺酸盐类表面活性剂可以为乙撑-双(N-乙磺酸-十二酰胺)钠盐，乙撑-双(N-乙磺酸-十四酰胺)钠盐。

所述的碱可以为MOH、M₂CO₃、MHCO₃、M₃PO₄、M₂HPO₄、MH₂PO₄ (M＝Na，K)或上述碱的混合物。

所述的聚合物可以是聚丙烯酰胺、改性的聚丙烯酰胺。

室温(25～30℃)下将离子液体表面活性剂与碱混合，并在搅拌条件下加入偶联阴离子表面活性剂，混匀后将聚合物缓慢加入上述溶液中并不断搅拌，得到均一稳定的混合溶液，即得到本发明的能降低油水界面张力的新型表面活性剂复配体系。

本发明所用的咪唑类离子液体以N-甲基咪唑和溴代烷(以溴化1-烷基-3-甲基咪唑离子液体的合成为例)为原料，可利用微波辅助合成反应仪，采用间歇设定温度的方式合成，反应过程中溴代烷烃稍微过量，以确保N-甲基咪唑充分反应。合成路线如下：

反应完成后，将多余的原料用乙酸乙酯萃取至少三次，然后在一定温度下减压旋转蒸发除去乙酸乙酯及其它残留物，直至质量不再减少。最后于100℃真空干燥，得到目标产物。

有益效果

通过实施本发明的方法可以得到一种低于室温到接近100℃范围内均一稳定的能降低油水界面张力的新型表面活性剂复配体系。该复配体系可以使油水界面张力比单一表面活性剂体系降低一个数量级以上，所以在三次采油领域具有广阔的潜在应用价值。本发明方法不但操作简单，而且消除了挥发性助剂对环境的污染问题。离子液体、偶联表面活性剂自身的特殊性能及二者的协同效应，使表面活性剂使用浓度低于现有浓度，产品降低界面张力效果好。

本发明的优点在于：

(1)无需加入助剂就可以得到低于室温(25～30℃)到接近100℃范围内均一、稳定的混合溶液，消除了挥发性助剂对环境的污染问题；

(2)表面活性剂的浓度不高于现有驱油液中表面活性剂浓度，产品降低油水界面张力效果好，性能稳定。

具体实施方式

以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

【实施例1】

偶联阴离子表面活性剂以羧酸盐类偶联表面活性剂为例，分子结构如下式所示：

离子液体表面活性剂为[C_nmim]Br(8，10)，水为二次蒸馏水，油为大庆脱气脱水原油，碱为NaOH(1.2％)，聚合物为聚丙烯酰胺(0.12％)，表面活性剂浓度为0.05wt％，40℃下1小时平衡界面张力随离子液体浓度及种类变化见表1。

表1 油水界面张力随离子液体表面活性剂浓度及种类变化

【实施例2】

同实施例1操作，仅改变离子液体表面活性剂为[C₈mim]Cl，1小时平衡界面张力(40℃)随离子液体表面活性剂浓度变化见表2。

表2 油水界面张力随离子液体表面活性剂浓度变化

离子液体浓度 (wt％)	界面张力 σ(mN/m)
		0	0.6839
0.05	0.0347

[0038]

0.1	0.0211
		0.2	0.0075
0.3	0.0103
		0.5	0.0301
0.6	0.0254

【实施例3】

同实施例1操作，离子液体表面活性剂为[C₈mim]Br，仅改变碱为KOH或Na₂CO₃(1.2％)，1小时平衡界面张力(40℃)随离子液体浓度变化见表3。

表3 油水界面张力随离子液体表面活性剂浓度及碱种类变化

【实施例4】

同实施例1操作，离子液体表面活性剂为[C₈mim]Br，仅改变聚丙烯酰胺浓度为0.05％，1小时平衡界面张力(40℃)随离子液体表面活性剂浓度变化见表4。

表4 油水界面张力随离子液体表面活性剂浓度变化

离子液体浓度 (wt％)	界面张力 σ(mN/m)
		0	0.7112
0.05	0.0312
		0.1	0.0204
0.2	0.0061
		0.3	0.0101
0.5	0.0188
		0.6	0.0202

【实施例5】

同实施例1操作，离子液体表面活性剂为[C₈mim]Br，仅改变偶联阴离子表面活性剂为磺酸盐类偶联表面活性剂，分子结构如下式所示：

1小时平衡界面张力(40℃)随离子液体表面活性剂浓度变化见表5。

表5 油水界面张力随离子液体表面活性剂浓度变化

离子液体浓度 (wt％)	界面张力 σ(mN/m)
		0	0.6272
0.05	0.0881
		0.1	0.0112
0.2	0.0083
		0.3	0.0146
0.5	0.0208
		0.6	0.0354

Claims

1.一种能降低油水界面张力的新型表面活性剂复配体系，其特征在于，所述复配体系配方的重量百分比如下：

离子液体表面活性剂：0.02～1.0％

偶联阴离子表面活性剂：0.03～1.5％

碱：0～1.2％

聚合物：0～0.15％

水：96.15～99.95％

其中：所述的离子液体表面活性剂是烷基咪唑类离子液体，通式为：[C_nmim][X](n＝8，10，12；X＝Cl^-，Br^-)，

所述的偶联阴离子表面活性剂为羧酸盐或磺酸盐偶联表面活性剂，或者为羧酸盐或磺酸盐与除偶联阴离子表面活性剂之外的阴离子表面活性剂的混合物，

所述的碱为选自M＝Na或M＝K的MOH、M₂CO₃、MHCO₃、M₃PO₄、M₂HPO₄、MH₂PO₄中的一种或几种的混合物。

所述的聚合物为聚丙烯酰胺或改性的聚丙烯酰胺。

2.如权利要求1所述的一种能降低油水界面张力的新型表面活性剂复配体系，其特征在于，所述的偶联羧酸盐表面活性剂为选自1，6-己二酸钠，2，3-双十二烷基酯，N，N-双十四酰基乙二胺二乙酸钠中的一种；偶联磺酸盐类表面活性剂为选自乙撑-双(N-乙磺酸-十二酰胺)钠盐，乙撑-双(N-乙磺酸-十四酰胺)钠盐中的一种。