CN103450869A - 一种新型表面活性剂复合体系驱油剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型表面活性剂复合体系驱油剂的制备方法，以丙烯酰胺、亲油性单体、烯丙醇聚氧烷基醚为共聚单体，通过自由基溶液共聚合制得非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂，记为组分A；以仲烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、烷基二苯醚二磺酸钠作为阴离子表面活性剂，记为组分B，通过组分A与组分B复配制得非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复合体系，此体系即为新型表面活性剂复合体系驱油剂。本发明具有单体种类选择和组成范围变化广、制备过程简单等特点，不仅具有低表面张力和超低油水界面张力，还对原油具有良好的乳化稳定性，在实际工业中易于应用和推广。
Description
技术领域
本发明属于油田驱油用表面活性剂领域，特别涉及一种新型表面活性剂复合体系驱油剂的制备方法。
背景技术
高分子表面活性剂分子依然具有表面活性剂的典型两亲性分子结构特征，即分子主链上即带有亲水（极性）基团又带有疏水（非极性）基团，使得高分子表面活性剂可以吸附于油/水之间的界面上，进而改变油水两相间的界面性质。它兼有高分子的增粘性和低分子的表面活性，对水相与油相皆有亲和力，在保护胶体、分散及絮凝作用等方面有其独特的优势，是两亲性小分子无法相比和不可取代的。高分子表面活性剂可作胶凝剂、增稠剂、絮凝剂、分散剂、乳化剂、增溶剂等应用于洗涤剂、化妆品、乳液聚合、油田驱油等领域。而许多亲水性高分子因其具有生物相容性和环境友好性而成为当今最受重视的材料之一。
人们已经合成开发的高分子表面活性剂主要包括结构明确的接枝型和嵌段型聚合物表面活性剂，以及结构不很明确的无规型高分子表面活性剂。虽然结构明确的接枝型和嵌段型聚合物表面活性剂即易于研究又有着相当好的应用效果，但是，这些表面活性剂的合成制备条件几乎都是极为苛刻的离子型聚合或开环聚合甚至两者兼有，这表明它们的生产成本很高，进而限制了它们在工业上的推广和应用，因此，接枝型和嵌段型高分子表面活性剂一般仅有较大的理论价值，在实际生产中不具备高的应用价值。
发明内容
为了解决上述制备条件苛刻，成本高，不宜推广和应用等问题，本发明目的是提供一种新型表面活性剂复合体系驱油剂的制备方法，该表面活性剂复合体系具有低表面张力和超低油水界面张力，可用于油田驱油剂以提高原油采收率。本发明方法具有单体种类选择范围广、制备过程简单、复配后体系稳定等特点，有利于实际工业中的推广和应用。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种新型表面活性剂复合体系驱油剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂的合成：将丙烯酰胺、亲油性单体、烯丙醇聚氧烷基醚、溶剂和油溶性引发剂按1~4：5~30：3~20：30~300： 0.04~1的摩尔比依次加入安装有回流冷凝管、导气管、温度计的四口烧瓶中，通氮气后将温度升至60-90℃，在氮气保护下反应4-8 h，减压蒸馏，得到的淡黄色产物即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂，记为A组分；
（2）非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复配：将组分A与阴离子表面活性剂按1~2：4~20的质量比加入到烧瓶中，在室温下搅拌均匀，得到淡黄色产物为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复合体系。
所述的亲油性单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸己酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸异辛酯中的一种或两种任意比例的混合物。
所述的溶剂为丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的一种。
所述的油溶性引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰中的一种。
所述的阴离子表面活性剂为仲烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、烷基二苯醚二磺酸钠、石油磺酸钠中的一种或两种任意比例的混合物。
所述新型表面活性剂复合体系驱油剂的表面张力≤38mN/m，界面张力≤0.01 mN/m。
本发明采用自由基溶液共聚合法制备无规型非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂，并通过与阴离子表面活性剂复配制得了非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复合体系。在制备过程中，通过调节单体的种类、用量及配比；调节非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂与阴离子表面活性剂的配比，可制备具有不同表面活性的系列表面活性剂复合体系。
本发明所制备的表面活性剂复合体系驱油剂具有低表面张力和超低油水界面张力，可用于油田驱油剂以提高原油采收率。本发明具有单体种类选择范围广、制备过程简单、复配后体系稳定等特点，有利于实际工业中的推广和应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，所述实施例不作为本发明的限制。
本发明提供一种新型表面活性剂复合体系驱油剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂的合成：将丙烯酰胺、亲油性单体、烯丙醇聚氧烷基醚、溶剂和油溶性引发剂按（1-4）：（5-30）：（3-20）：（30-300）：（0.04-1）的摩尔比加入装有回流冷凝管、导气管、温度计的四口烧瓶中，通氮气后将温度升至60-90℃，在氮气保护下反应4-8 h，减压蒸馏，得到的淡黄色产物即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂，记为A组分；
（2）非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复配：将组分A与阴离子表面活性剂按（1-2）：（4-20）的质量比加入到烧瓶中，在室温下搅拌均匀，得到淡黄色产物为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复合体系。
所述的亲油性单体为苯乙烯、（甲基）丙烯酸甲酯、（甲基）丙烯酸乙酯、（甲基）丙烯酸丙酯、（甲基）丙烯酸丁酯、（甲基）丙烯酸己酯、（甲基）丙烯酸异辛酯中的一种或两种任意比例的混合物。
所述的溶剂为丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的一种。
所述的油溶性引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰中的一种。
所述的阴离子表面活性剂仲烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、烷基二苯醚二磺酸钠、石油磺酸钠中的一种或两种任意比例的混合物。
所述新型表面活性剂复合体系驱油剂的表面张力≤38mN/m，测试方法为配制浓度为0.15%驱油剂水溶液，采用瑞典百欧林Sigma 701型表面张力仪测试，测试温度25℃；低表面张力评价标准为表面张力≤38mN/m。
所述新型表面活性剂复合体系驱油剂的界面张力＜0.01 mN/m，所述超低界面张力测试方法为配制浓度为0.3%驱油剂水溶液作为水相、航空煤油作为油相，采用美国科诺TX-500旋转滴界面张力仪测试，测试旋转转速为5000转/min，测试温度25℃；超低油水界面张力评价标准为界面张力＜0.01 mN/m。
实施例1：
将丙烯酰胺、丙烯酸丁酯、烯丙醇聚氧烷基醚、丙酮和偶氮二异丁腈按1：5：3：30：0.06的摩尔比加入装有回流冷凝管、导气管、温度计的四口烧瓶中，通氮气后将温度升至60 ℃，在氮气保护下反应8 h，减压蒸馏，得到的淡黄色产物即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂，记为组分A；将组分A与仲烷基磺酸钠按1:4的质量比复配即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复合体系驱油剂，所制得的表面活性剂复合体系的表面张力为35mN/m，油水界面张力为0.004 mN/m。
实施例2：
将丙烯酰胺、丙烯酸己酯、烯丙醇聚氧烷基醚、N,N-二甲基甲酰胺和偶氮二异庚腈按2：7：6：50：0.1的摩尔比加入装有回流冷凝管、导气管、温度计的四口烧瓶中，通氮气后将温度升至65 ℃， 在氮气保护下反应7.5 h，减压蒸馏，得到的淡黄色产物即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂，记为组分A；将组分A、仲烷基磺酸钠和烷基二苯醚二磺酸钠按1：4：1的质量比复配即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复合体系驱油剂，所制得的表面活性剂复合体系的表面张力为32mN/m；油水界面张力为0.002 mN/m。
实施例3：
将丙烯酰胺、苯乙烯、丙烯酸丁酯、烯丙醇聚氧烷基醚、N-甲基吡咯烷酮和过氧化二苯甲酰按1：3：6：7：45：0.2的摩尔比加入装有回流冷凝管、导气管、温度计的四口烧瓶中，通氮气后将温度升至70 ℃， 在氮气保护下反应7 h，减压蒸馏，得到的淡黄色产物即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂，记为组分A；将组分A、石油磺酸钠和仲烷基磺酸钠按1：1：3的质量比复配即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复合体系驱油剂，所制得的表面活性剂复合体系的表面张力为34mN/m，油水界面张力为0.008mN/m。
实施例4：
将丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸己酯、烯丙醇聚氧烷基醚、N,N-二甲基甲酰胺和过氧化二苯甲酰按3：20：5：12：120：0.3的摩尔比加入装有回流冷凝管、导气管、温度计的四口烧瓶中，通氮气后将温度升至75 ℃， 在氮气保护下反应6.5h，减压蒸馏，得到的淡黄色产物即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂，记为组分A；将组分A、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和仲烷基磺酸钠按1：1：4的质量比复配即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复合体系驱油剂，所制得的表面活性剂复合体系的表面张力为35mN/m，油水界面张力为0.006 mN/m。
实施例5：
将丙烯酰胺、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、烯丙醇聚氧烷基醚、丙酮和偶氮二异丁腈按1：7：8：12：200：0.4的摩尔比加入装有回流冷凝管、导气管、温度计的四口烧瓶中，通氮气后将温度升至80℃， 在氮气保护下反应5 h，减压蒸馏，得到的淡黄色产物即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂，记为组分A；将组分A、烷基二苯醚二磺酸钠和仲烷基磺酸钠按1：2：6的质量比复配即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复合体系驱油剂，所制得的表面活性剂复合体系的表面张力为33mN/m，油水界面张力为0.004 mN/m。
实施例6：
将丙烯酰胺、苯乙烯、甲基丙烯酸丁酯、烯丙醇聚氧烷基醚、N-甲基吡咯烷酮和偶氮二异庚腈按3：6：14：15：110：0.6的摩尔比加入装有回流冷凝管、导气管、温度计的四口烧瓶中，通氮气后将温度升至85 ℃， 在氮气保护下反应4.5 h，减压蒸馏，得到的淡黄色产物即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂，记为组分A；将组分A、烷基二苯醚二磺酸钠和仲烷基磺酸钠按2：3：9的质量比复配即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复合体系驱油剂，所制得的表面活性剂复合体系的表面张力为38mN/m，油水界面张力为0.01 mN/m。
实施例7：
将丙烯酰胺、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸己酯、烯丙醇聚氧烷基醚、丙酮和过氧化二苯甲酰按2：16：11：18：280：0.8的摩尔比加入装有回流冷凝管、导气管、温度计的四口烧瓶中，通氮气后将温度升至90 ℃， 在氮气保护下反应4 h，减压蒸馏，得到的淡黄色产物即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂，记为组分A；将组分A、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和仲烷基磺酸钠按2：2：9的质量比复配即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复合体系驱油剂，所制得的表面活性剂复合体系的表面张力为35mN/m，油水界面张力为0.009mN/m。
实施例8：
将丙烯酰胺、苯乙烯、丙烯酸异辛酯、烯丙醇聚氧烷基醚、N-甲基吡咯烷酮和偶氮二异丁腈按4：16：14：20：130：1的摩尔比加入装有回流冷凝管、导气管、温度计的四口烧瓶中，通氮气后将温度升至80℃， 在氮气保护下反应5.5 h，减压蒸馏，得到的淡黄色产物即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂，记为组分A；将组分A、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和仲烷基磺酸钠按1：3：6的质量比复配即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复合体系驱油剂，所制得的表面活性剂复合体系的表面张力为37mN/m，油水界面张力为0.002mN/m。
实施例9：
将丙烯酰胺、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丙酯、烯丙醇聚氧烷基醚、丙酮和偶氮二异丁腈按4：10：20：20：300：1的摩尔比加入装有回流冷凝管、导气管、温度计的四口烧瓶中，通氮气后将温度升至85℃，在氮气保护下反应8h，减压蒸馏，得到的淡黄色产物即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂，记为组分A；将组分A、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和石油磺酸钠按1：7：13的质量比复配即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复合体系驱油剂，所制得的表面活性剂复合体系的表面张力为36mN/m，油水界面张力为0.0016mN/m。
实施例10：
将丙烯酰胺、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、烯丙醇聚氧烷基醚、丙酮和偶氮二异丁腈按1：1：5：7：48：0.04的摩尔比加入装有回流冷凝管、导气管、温度计的四口烧瓶中，通氮气后将温度升至60 ℃，在氮气保护下反应8 h，减压蒸馏，得到的淡黄色产物即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂，记为组分A；将组分A与仲烷基磺酸钠按1:7的质量比复配即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复合体系驱油剂，所制得的表面活性剂复合体系的表面张力为35mN/m，油水界面张力为0.004 mN/m。
本发明采用自由基聚合制备无规型高分子表面活性剂，与阴离子表面活性剂复配制备非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复合体系，复配体系稳定、具有优良的协同效应，兼具了低表面张力、超低油水界面张力和高乳化性能的多重作用，可极大提高原油驱替效率。本发明具有单体种类选择和组成范围变化广、制备过程简单等特点，在实际工业中易于应用和推广。
本实施例没有详细叙述的部分和英文缩写属本行业的公知常识，在网上可以搜索到，这里不一一叙述。
Claims (6)
1.一种新型表面活性剂复合体系驱油剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂的合成：将丙烯酰胺、亲油性单体、烯丙醇聚氧烷基醚、溶剂和油溶性引发剂按1~4：5~30：3~20：30~300： 0.04~1的摩尔比依次加入安装有回流冷凝管、导气管、温度计的四口烧瓶中，通氮气后将温度升至60-90℃，在氮气保护下反应4-8 h，减压蒸馏，得到的淡黄色产物即为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂，记为A组分；
（2）非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复配：将组分A与阴离子表面活性剂按1~2：4~20的质量比加入到烧瓶中，在室温下搅拌均匀，得到淡黄色产物为非离子聚丙烯酸酯类高分子表面活性剂/阴离子表面活性剂复合体系。
2.根据权利要求1所述的新型表面活性剂复合体系驱油剂的制备方法，其特征在于：所述的亲油性单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸己酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸异辛酯中的一种或两种任意比例的混合物。
3.根据权利要求1所述的新型表面活性剂复合体系驱油剂的制备方法，其特征在于：所述的溶剂为丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的一种。
4.根据权利要求1所述的新型表面活性剂复合体系驱油剂的制备方法，其特征在于：所述的油溶性引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰中的一种。
5.根据权利要求1所述的新型表面活性剂复合体系驱油剂的制备方法，其特征在于：所述的阴离子表面活性剂为仲烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、烷基二苯醚二磺酸钠、石油磺酸钠中的一种或两种任意比例的混合物。
6.根据权利要求1所述的新型表面活性剂复合体系驱油剂的制备方法，其特征在于：所述新型表面活性剂复合体系驱油剂的表面张力≤38mN/m，界面张力≤0.01 mN/m。
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