CN107384361A - 一种芥酸基烷基季铵盐表面活性剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种芥酸基烷基季铵盐表面活性剂及其制备方法，旨在解决现有的季铵盐表面活性剂作为清洁压裂液的主剂在高温和高的剪切速率下表观粘度迅速下降，导致携砂能力下降，性能变差的问题。一种芥酸基烷基季铵盐表面活性剂，结构式(I)为：

Description

一种芥酸基烷基季铵盐表面活性剂及其制备方法
技术领域
本发明属于精细化工领域，尤其涉及一种芥酸基烷基季铵盐表面活性剂及其制备方法。
背景技术
酸化压裂液是流体矿(气、汽、油、淡水、盐水、热水等)在开采过程中，为了获得高产而借用液体传导力(如水力等)酸化压裂措施时所用的液体。
采用阳离子表面活性剂作为制备压裂液的稠化剂，具有携砂能力强、返排率高、对储层伤害小等特点。同时，阳离子表面活性剂溶解速度快，施工作业方便快捷，成本低。因此，表面活性剂压裂液在油气田开发中有巨大的需求，广泛应用于油气钻采领域。
阳离子表面活性剂的亲水基团是阳离子，这一亲水基团绝大部分是铵盐，可将阳离子活性剂分为两种类型：铵盐型和季铵盐型。前者亲油基大多是C12～C18烷基，它在水中溶解度小，在酸溶液中溶解度大，在碱性溶液中则易与碱作用生成不溶于水的胺。季铵盐型的阳离子表面活性剂则在水中溶解度较大，在酸碱性水溶液中大多稳定，即不受pH变化的影响。但是现有的季铵盐表面活性剂作为清洁压裂液、清洁转向酸的主剂在高温和高的剪切速率下表观粘度迅速下降，导致携砂能力下降，性能变差。
发明内容
本发明提供了一种芥酸基烷基季铵盐表面活性剂及其制备方法，旨在解决现有的季铵盐表面活性剂作为清洁压裂液、清洁转向酸液的主剂在高温和高的剪切速率下表观粘度迅速下降，导致携砂能力下降，性能变差的问题。
为了解决以上技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种芥酸基烷基季铵盐表面活性剂，结构式(I)为：
一种芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的制备方法，依次包括以下步骤：
a、芥酸酰胺的合成：
将N,N-二甲基-1,3-丙二胺和芥酸放入反应釜中，加入催化剂，升温至100℃-130℃，反应3-5h，随后缓慢升温至170-190℃，升温时间为1.9-2.1h，最后反应17-19h，得到芥酸酰胺；反应如式(II)：
b、芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的合成：
在60-80℃条件下，将步骤a所得的芥酸酰胺采用硫酸二甲酯甲基化，得到芥酸基烷基季铵盐表面活性剂；反应如式(III)：
进一步，步骤b中采用氢氧化钠调节反应釜中的pH，且pH>7。
进一步，步骤a中所述催化剂为亚磷酸。
进一步，N,N-二甲基-1,3-丙二胺和芥酸的摩尔比为1:1。
进一步，芥酸酰胺和硫酸二甲酯摩尔比为1:1。
与现有技术相比本发明的优点是：
酸化压裂液是酸化压裂技术的主要组成部分，酸化压裂工作液的优劣直接影响到最终的酸化压裂效果。本发明中清洁酸体系是在酸液中添加粘弹性表面活性剂VES(芥酸基烷基季铵盐)组成的无残渣、低污染的新型酸液体系。现场实践表明，清洁酸具有如下的特点：VES为低分子粘弹性表面活性剂，无残渣，不形成滤饼，对地层污染小、具有良好的降滤失特性和缓速性能，能大幅度增加酸蚀裂缝长度、摩阻低，仅为水的30～40％，在井深较大时也能够大排量施工、不需破胶剂(遇油或水破胶)且破胶彻底，残液极易返排、清洁酸抗剪切能力强，耐温性能好。用本发明芥酸基烷基季铵盐表面活性剂作为主剂配制的清洁转向酸液体系，各项性能指标均好于其它酸液体系，特别是耐温和抗剪切性能优越，并且具有很强的携砂能力，不仅可满足井深超过6000m，温度超过200℃的高温高压地层的酸化压裂作业；还可以在酸压过程中携砂支撑裂缝，提高裂缝导流能力。该体系在配液时粘度较低，当粘弹性表面活性剂进入碳酸盐岩石时，随着酸岩反应的进行，酸浓度不断下降，溶液的pH值升高和浓度增加使粘弹性流体中的粘弹性表面活性剂长杆状分子转变成相互缠织在一起的蠕虫状胶束，粘度急剧增大，这时高粘度流体便暂时起到了屏障的作用，把流体分流给剩下的低渗透率处理层。本发明解决了采用现有的季铵盐表面活性剂作为清洁酸化压裂液的主剂在高温和高的剪切速率下表观粘度迅速下降，导致携砂能力下降，性能变差、不能应用在高温深井上的难题。
具体实施方式
实施例一：
一种芥酸基烷基季铵盐表面活性剂，结构式(I)为：
实施例二：
一种芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的制备方法，步骤如下：
a、芥酸酰胺的合成：
将N,N-二甲基-1,3-丙二胺和芥酸放入反应釜中，N,N-二甲基-1,3-丙二胺和芥酸的摩尔比为1:1(重量比约720：230)，加入催化剂亚磷酸，升温至100℃、120℃或130℃，反应3h、4h或5h，随后缓慢升温至175℃、180℃或190℃，升温时间为1.9h、2h或2.1h，最后反应17h、18h或19h，得到芥酸酰胺。具体反应式如式(II)：
b、芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的合成：
在60-80℃常压下，将步骤a所得芥酸酰胺采用硫酸二甲酯甲基化，芥酸酰胺和硫酸二甲酯摩尔比为1:1(重量比约920：250)，得到芥酸基烷基季铵盐表面活性剂。具体反应式如式(III)：
实施例三：
在实施例二的基础上，步骤b中采用氢氧化钠调节反应釜中的pH，且调整为pH>7。
实施例四：
在实施例三或实施例四的基础上，步骤a中所述催化剂为亚磷酸。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (6)

1.一种芥酸基烷基季铵盐表面活性剂，其特征在于，结构式(I)为：
2.一种权利要求1所述芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
a、芥酸酰胺的合成：
将N,N-二甲基-1,3-丙二胺和芥酸放入反应釜中，加入催化剂，升温至100℃-130℃，反应3-5h，随后缓慢升温至170-190℃，升温时间为1.9-2.1h，最后反应17-19h，得到芥酸酰胺；反应如式(II)：
b、新型芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的合成：
在60-80℃条件下，将步骤a所得的芥酸酰胺采用硫酸二甲酯甲基化，得到芥酸基烷基季铵盐表面活性剂；反应如式(III)：
3.根据权利要求2所述的芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的制备方法，其特征在于，步骤b中采用氢氧化钠调节反应釜中的pH，且pH>7。`
4.根据权利要求2所述的芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的制备方法，其特征在于，步骤a中所述催化剂为亚磷酸。
5.根据权利要求2所述的芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的制备方法，其特征在于，N,N-二甲基-1,3-丙二胺和芥酸的摩尔比为1:1。
6.根据权利要求2所述的芥酸基烷基季铵盐表面活性剂的制备方法，其特征在于，芥酸酰胺和硫酸二甲酯摩尔比为1:1。
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