CN108192585A - 一种改良型甜菜碱表面活性剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改良型甜菜碱表面活性剂及其应用，主要通过以下步骤合成：(1)采用植物酸或者植物酸的衍生物与多胺反应生成酰胺中间产物；(2)在碱性反应环境中，使用环氧丙烷作为增链剂，使酰胺中间产物发生碳链增长反应，制得增链酰胺；(3)用氯乙酸钠和增链酰胺反应，制得改良型甜菜碱表面活性剂。本发明的改良型甜菜碱表面活性剂可以以单一成分或与其它甜菜碱表面活性剂混合构建无碱表面活性剂系统，在无碱条件下可以将原油界面张力降低到超低区域，并且在低浓度区域表现出足够宽的实现超低界面张力的浓度限制范围。此外，制备本发明改良型甜菜碱表面活性剂的主要原料来自于植物，环保无害，符合可持续发展的要求。
Description
技术领域
本发明涉及石油开发领域，具体地，涉及一种改良型甜菜碱表面活性剂及其应用。
背景技术
在通常油田开发中，最先的开采方法是利用油层本身能量开采，也就是一次采油。在这个阶段，原油靠自身能量随井管喷发而出。通常15-20％左右的油藏靠这样(即一次采油)开发出来的。随着开采的深入，当天然的能量由于衰减而无法满足需要的时候，水或气需要被注入油层来维持油井的产量或采收率，这是二次采油阶段。另外15-20％的原油储藏由二次开发而收获。随着二次采油的效率不断下降，向油层注射流体或能量，利用所产生的物理，化学甚至生物作用，以此来提高产量或采收率-三次采油阶段。这种向地层注入流体或能量来提高原油的产量或采收率的各种方法，通称为强化采油(Enhanced Oil Recovery或者EOR)，即三次采油。
三次采油效率下降的原因是，由于毛细作用力，剩余的原油以断续的形式被束缚在油藏层的岩砂的空隙，造成原油无法随注入水系统自由流动。普通的注水法无法有效克服这种毛细作用力，造成被注入水携带而出的原油越来越少，产油效率下降。这个毛细作用力可以在理论上用一个毛细管数来表示其大小。只有当原油的毛细管数被克服时，被束缚的原油才有可能被释放。下面的公式可以用来估计注入水系统的所具有的毛细管数：
Nc＝V*μ/IFT
其中，Nc是注入水系统的毛细管数，V是注入水系统的流速，μ是注入水系统的黏度，IFT是油水界面张力。只有当注入水系统的毛细管数大于一个临界数值(临界毛细管数)时，原油的毛细管数才能够被克服。从这个公式可见，提高毛细管数的方法有以下几种：1)提高流速；2)提高黏度；3)降低油水界面张力。由于受注入设备和地层条件的限制，提高流速的空间非常有限。提高体系黏度(一般通过添加聚合物来实现)可以提高毛细管数一个数量级。而最有效的方法是降低油水界面张力，这个界面张力的减低通常是通过加入表面活性剂来实现的。
油水界面张力是两种不同液体(油和水)互相排斥的结果。由于表面活性剂同时具有亲油和亲水的功能，它们聚集在油水界面形成单层或多层吸附。它们亲油基团朝向油层，亲水基团朝向水相。油水界面张力的降低程度取决于它们的亲油作用和亲水作用的平衡程度。当这两种作用越相近，界面张力的数值越小。当这两种作用趋近平衡时，油水界面张力就可能进入超低界面张力区域(～10-3dyn/cm)。
传统的表面活性剂为基础的三次采油采用三元复配技术：即由表面活性剂、聚合物和碱三元复配形成。传统的三元复配技术用于油田开发的三次采油，主要问题有：长期的碱的使用会造成地层的破坏，对采油和环境造成负面影响；碱的使用造成一些表面活性剂和聚合物的不稳定和分解，限制了对表面活性剂和聚合物的选择。
由于碱的负面作用，无碱二元系统(聚合物+表面活性剂)是表面活性剂化学驱油的今后主要方向。其中，甜菜碱表面活性剂又是最主要的无碱表面活性剂的候选。和传统三次采油里使用的表面活性剂相比，甜菜碱表面活性剂具有特殊功能。甜菜碱表面活性剂的代表性结构如下：
该甜菜碱结构中，亲油基团连接在氮原子上，亲油基团具有多样性。甜菜碱表面活性剂的亲油基团多样性可以从下面几点体现出来：1)亲油基团的来源多样性。它们的亲油基团的起始原料可以来自原油也可以来自植物和动物。多样性来源，不但使原料有保证，价格波动小，而且因为可从植物动物取料，使得甜菜碱表面活性剂具有绿色可再生的优势。2)亲油基团的结构多样性。类似其它表面活性剂，甜菜碱表面活性剂的亲油基团的碳链长度和碳链结构(比如分支等)可以变化很多；不同于其它表面活性剂，甜菜碱表面活性剂上的亲油基团可以根据需要而调整(增长碳链，引进其它功能基团等)。通常用的亲油基团改进方法包括，用普通的烷基羧酸(可以来自动植物或者来自原油)和多胺反应形成酰胺；然后在多胺上加所需的功能基团；最后和氯乙酸钠反应形成甜菜碱。在这里，由于可供选择的烷基羧酸，多胺和所加的功能团的种类众多，可形成甜菜碱表面活性剂的种类相应很多。3)由于氮原子上有三个C-N键可作为亲油基团连接的部位，不同的亲油基团可以同时通过这些部位引进到表面活性剂，同一的亲油基团也可以通过这三个C-N键多次连接到表面活性剂上。甜菜碱表面活性剂是个两性表面活性剂—它同时具有阴离子(羧基)和阳离子(季胺)的属性。它们和水的作用，由于这两种离子的同时存在，大于一般阴离子或阳离子表面活性剂。也就是说，该甜菜碱表面活性剂的亲水作用相对于一般阴离子或阳离子表面活性剂大大加强。
用甜菜碱表面活性剂系统实行无碱化学驱油是当前的最主要的有碱技术的替代方法。常规的三元复配系统中，碱在三次采油的主要作用是皂化原油中的酸性物质，使它们变成皂化的表面活性剂，利用这种就地产生的表面活性剂，来增加表面活性剂的总体浓度(减少实际加入的表面活性剂浓度，减低采油的成本)。由于前述的碱的负面影响，新配方方向是寻找经济有效的无碱的表面活性剂系统。但在实验室的结果或现场的应用来看，甜菜碱表面活性剂系统要真正达到传统的含碱三元系统的功效和经济成本，还有技术难题需克服。
通常不加入碱的情况下，现有技术一般是通过提高表面活性剂的浓度来实现。在高表面活性剂浓度的条件下(表面活性剂的有效使用浓度在3％以上)，由于表面活性剂所形成的胶束的溶解油的能力，这种含有表面活性剂的注入水系具有比单纯注入水系更高的携带油的能力。但是这种只靠胶束溶解，产油能力的提高有限。而且由于表面活性剂的成本原因，这种高浓度的应用限制很大。
表面活性剂在油水系统里减低界面张力的能力与它们的浓度有关。由于经济成本的考虑，通常对表面活性剂的应用浓度有上限。在低浓度区域，甜菜碱表面活性剂会表现出一个浓度限制范围，当表面活性剂的浓度低于或高于这个浓度限制范围，系统的界面张力就会高于所要求的超低界面张力，使得系统不符合化驱要求。这个浓度限制范围，给表面活性剂在三次采油化学驱油的应用带来限制：1.狭窄的可应用浓度范围，增加了系统的配方上困难；2.同时种种地层的因素会引起注入表面活性剂的浓度下降，越狭窄的浓度限制范围，表面活性剂的浓度偏离有效浓度范围的几率越增大，引起注入表面活性剂的浓度下降的地层因素包括地下水冲淡，表面活性剂在地层的扩散，岩砂对表面活性剂的吸附以及表面活性剂应其它物理，化学和生物现象的损失；3.最后，表面活性剂在三次采油化学驱油中不但有降低界面张力的作用，同时它们的乳化，微乳，溶解也是化学驱油的重要手段。而这些除了降低界面张力以外的额外机理，往往在表面活性剂的高浓度的区域才能体现。综上所诉，扩大这个浓度限制范围，有利于表面活性剂的效率提高。
由于无碱甜菜碱表面活性剂化驱系统是个新兴的技术，如何实行它的系统优化，来适应油类和地质条件的变化，是个挑战。目前，主要是依靠累计的经验和大量试验以寻找合适的体系。低浓度系统的配方，特别是在无碱的条件，缺少相应的实验室研究和理论指导，实际应用的经验缺乏，由此造成系统性配方和优化配方的能力弱，寻找配方时盲目性大。目前，还未有指导配方模型的相关报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种改良型甜菜碱表面活性剂及其应用，以解决上述技术问题中的至少一个。
本发明的技术方案如下：
一种改良型甜菜碱表面活性剂，通过以下步骤合成：
(1)采用植物酸或者植物酸的衍生物与多胺反应生成酰胺中间产物，其中植物酸和多胺的摩尔比为0.75-1.25:1，优选为0.9-1.1：1，更优选为1:1；
(2)在碱性反应环境中，使用环氧丙烷作为增链剂，使步骤(1)所得酰胺中间产物发生碳链增长反应，制得增链酰胺，其中环氧丙烷和酰胺中间产物的摩尔比为1-10：1；优选为2:1到8:1，更优选为3:1到4:1；
(3)用氯乙酸钠和步骤(2)所得的增链酰胺反应，制得所述改良型甜菜碱表面活性剂，其中氯乙酸钠和增链酰胺的摩尔比1～1.1:1。
作为上述技术方案的进一步改进，所述植物酸或植物酸衍生物的碳链长度为12～22。植物酸是从有机物中提取的有机酸。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤(1)具体操作为：在反应器中加入植物酸、多胺、甲苯和水，将反应混合物加热到140～150℃，开始出现甲苯/水初馏，将水从反应体系中分离，保持甲苯回流，直到水被回收完全，停止反应，负压蒸馏出甲苯。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤(2)具体操作为：在高于90℃的温度下，向封闭反应器内中的步骤(1)生成的酰胺中间产物中加入碱性溶液，混合均匀后，开始滴入环氧丙烷，直至反应完全，制得增链酰胺。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤(3)具体操作为：在步骤(2)生成的增链酰胺中加入碱性溶液，搅拌混匀后，再加入氯乙酸钠溶液，在60-90℃左右反应完全，生成改良型甜菜碱表面活性剂。
本发明的另一目的在于提供一种表面活性剂系统，所述表面活性剂系统包括如上所述的改良型甜菜碱表面活性剂。
作为上述技术方案的进一步改进，所述表面活性剂系统仅由改良型甜菜碱表面活性剂和水组成。
作为上述技术方案的进一步改进，所述表面活性剂系统还包括其他类型的甜菜碱表面活性剂和聚合物。
作为上述技术方案的进一步改进，所述表面活性剂系统包括油基丙基酰胺基甜菜碱表面活性剂。
本发明的再一目的在于提供一种上述表面活性剂系统在开采原油中的应用。
作为上述技术方案的进一步改进，表面活性剂系统的组成为：55％的本发明提供的改良型甜菜碱表面活性剂+45％水。
作为上述技术方案的进一步改进，上述系统中的改良型甜菜碱表面活性剂的活度为45％。
作为上述技术方案的进一步改进，表面活性剂系统的组成为：40％本发明提供的改良型甜菜碱表面活性剂+15％油基丙基酰胺基甜菜碱表面活性剂+45％水。
作为上述技术方案的进一步改进，上述系统中的改良型甜菜碱表面活性剂的活度为45％，油机丙基酰胺基甜菜碱表面活性剂的活度为35％。
本发明所制备的改良型甜菜碱表面活性剂可根据不同的原油组成和不同的地质条件，单一地或者与其他绿色甜菜碱表面活性剂混合作为表面活性剂成分，构建二元无碱甜菜碱表面活性剂系统，可用于化学驱油。与现有的无碱甜菜碱表面活性剂系统相比，本发明的无碱甜菜碱表面活性剂系统在无碱驱动的情况下，可以高效地降低原油的表面张力，特别是在低浓度的区域，依然可以实现超低界面张力，达到驱油效果，具有经济成本的优势。此外，克服了低浓度的甜菜碱表面活性剂系统狭窄的可应用浓度范围，提供了足够宽的浓度限制范围。与现有的有碱的三元驱油系统相比，本发明具有无损环境，对操作人员无毒害的优势，且采用植物作为主要原料，可再生，符合可持续发展的需求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
在具体实施例中，引入中间相微乳系统配方使用的R(即表面活性剂的亲油作用和亲水作用之间的平衡参数)比例概念，以说明目标产物设计的合理性。
在P.A.温丝而，法拉第学会汇刊，44期，第376页，1948年(P.A.Winsor,Transactions of Faraday Society,44:376，1948)里，Winsor首先提出这个R比例概念来描述在一个油水系统里，中间相微乳的不同状态。Winsor认为中间相微乳的形成以及它的不同状态取决于系统里的表面活性剂的亲油作用和亲水作用之间的平衡。而这个平衡可以用一个参数R来表示。参照Winsor的原先定义，M.鲍瑞尔(M.Bourrel)和R.S.斯科特(R.S.Schechter)在《微乳液和相关的系统》，“表面活性剂科学系列”，30期，Marcel Dkker出版社,美国纽约,1988年，第一章，第22页(《Microemulsions and Related Systems》,Surfactant Science Series,Volume 30,Marcel Dekker,New York,NewYork,USA.1988.Page 22,Chapter 1)把这个R比例表示如下：
R＝(Aco–Aoo–All)/(Acw–Aww–Ahh) (1)
其中，等式右边的所有的项是不同的单位内聚能，其中Aco是表面活性剂分子和油的内聚能(cohesive energy)，Aoo是油分子和油分子之间的内聚能，All是邻近的表面活性剂分子的亲油基团之间的内聚能，Acw是表面活性剂分子和水的内聚能，Aww是水分子之间的内聚能，Ahh是表面活性剂的亲水基团之间的内聚能。
根据Winsor的假设，一个表面活性剂系统的R比例接近1的时候，整个中间相微乳系统可以说达到了最佳状态—它同时和水相和油相达到最低界面张力。但是这个最低界面张力，不一定可达到超低界面张力(这里我们把在～10-3dyn/cm或更低的数值称为超低界面张力)。Winsor进一步的假定，在一个系统平衡(R＝1)的情况下，分子(Aco–Aoo–All)和分母(Acw–Aww–Ahh)的数值越大，界面张力的数值，也越低。就公式1而言，增大Aco,Acw，或者减低Aoo,All,Aww,Ahh的值,可以相应增大分子和分母的数值。
这里我们简单讨论影响这些内聚能的因素，以及我们如何在设计目标产物时应用这些因素。由于，原油性质和注入水的性质基本上无法变化，Aoo和Aww项，所以也不在我们的设计目标产物所需考虑的变量中。
1.关于油相
1)影响Aco的主要因素是亲油基团和油的亲和程度。就绝大部分的表面活性剂而言，它们的亲油基团就是它们的碳链。碳链和原油的亲和程度和碳原子的数目(碳链的长度)有关。表面活性剂的碳链越长，Aco的数值越大。
2)All反映邻近表面活性剂的碳链之间的内聚作用。它们之间这种作用越大，油分子越不容易和表面活性剂的亲油部分作用。All的大小和表面活性剂的碳链数成正比。
因此，当表面活性剂的碳数增加时，互相抵触的Aco和All同时增大，结果是在公式1的分子先是随着碳链长度一起增加(Aco此时起主要作用)，在达到一个最高点后，All开始压倒Aco,反映在分子的数值开始变小。
混合碳链是改变碳链长度的一个方法。在同一个表面活性剂的家族中，拥有不同碳链长度的表面活性剂混合，可以达到它们之间的一个中间碳链值。通过这种方法来取得我们所需的碳链值。
2.关于水相
1)Acw反映表面活性剂的亲水基团和水的作用。就离子型表面活性剂(阴离子，阳离子，两性表面活性剂比如甜菜碱表面活性剂)而言，这种亲水作用的大小取决于它们的离子型功能团和水作用的功效。各个离子亲水基团的亲水作用大小不同，它们之间亲水作用大小的排列如下：季胺盐(R4N+)>磺酸盐(RSO3-)>硫酸盐(RSO4-)>碳酸盐(RCO3-)。
2)Ahh描述表面活性剂的亲水基团之间的相互作用。对于同一类型的离子型表面活性剂，这项是负值(由于同性电荷的排斥)。通过中和或者部分中和的这种离子间排斥作用，我们可以提高Ahh。水中的无机盐浓度，对Ahh的影响很大。但是改变注入水的无机盐成分不在本发明的讨论范围。
实施例1
合成改良型甜菜碱表面活性剂
(1)酰胺中间产物的生成
在一个可加热，带回溜装置的反应器内混合下列原料：400克植物酸(酸值190)、370克多乙基多胺(Tetraethylenepetamine)和230克甲苯，所用原料均为工业级。
加热到140℃，开始出现甲苯/水初馏。将水从反应体系中分离，保持甲苯回流。整个反应持续6～7小时左右，温度保持在140～150℃。直到26～30克水被回收，反应温度开始上升到150℃以上，停止反应。然后，负压蒸馏出甲苯。
(2)增链酰胺的生成
此反应在一封闭的反应器内进行。在反应器内，投料步骤(1)生成的酰胺中间产物745克，再加入45％氢氧化钾溶液12克，混合均匀后，开始滴入环氧丙烷249克，大致在60分钟滴完。当反应器的温度低于90度，并单向下降时，反应可视为完成。
(3)改良型甜菜碱表面活性剂的生成
在反应器内，加入步骤(2)生成的增链酰胺产物260克，50％氢氧化钠溶液71克，搅拌60分钟。然后，加入40％氯乙酸钠溶液176克，水280克，在60-90℃左右反应约1小时，生成改良型甜菜碱表面活性剂。它活度在45％左右。需要的话，调节pH到6～9。
实施例2
配制以实施例1所制备的改良型甜菜碱表面活性剂作为单一表面活性剂成分的表面活性剂系统L1，配方如下：
表面活性剂L1：55％改良型甜菜碱表面活性剂+45％水
原油:来自西北某油田。张力测试温度为75℃，人工配制的回注水其矿化度为10000ppm，无聚合物的加入。实验结果如下：
由界面张力的测试结果可知，以改良型甜菜碱表面活性剂为唯一表面活性剂成分的系统L1,可以有效将原油的界面张力降低到超低界面张力范围，且浓度为0.05％～0.2％这一范围没有超出L1的浓度限制范围。
对比实施例1
本实施例与实施例2形成对照。配制以月桂基二甲基甜菜碱表面活性剂(它的亲油基团的碳数目为12左右)作为单一表面活性剂成分的表面活性剂系统L2，配方如下：
表面活性剂L2：55％月桂基二甲基甜菜碱表面活性剂+45％水
取月桂基二甲基甜菜碱(来自美国西方表面活性剂研发中心WesternSurfactants Research and Development Center,USA，活度为30％，pH 6.0-7.0)和水加入烧杯，然后用电磁搅拌器在室温下搅拌均匀。用氢氧化钠和醋酸调节pH到7～8。所形成的表面活性剂系统呈均匀透明液体。
原油如上，无聚合物的加入。实验结果如下：
由界面张力的测试结果可知，以月桂基二甲基甜菜碱表面活性剂为唯一表面活性剂成分的系统L2，使用浓度为0.05％时，不能实现超低界面张力的要求，在使用浓度为0.2％浓度可以达到超低界面张力。在L1和L2的浓度限制范围比较而言，L1的浓度限制范围明显较宽。
实施例3
配制以实施例1所制备的改良型甜菜碱表面活性剂和油基酰胺基丙基甜菜碱表面活性剂共同作为表面活性剂成分的表面活性剂系统L3，配方如下：
混合甜菜碱表面活性剂L3:
40％改良型甜菜碱表面活性剂+15％油基丙基酰胺基甜菜碱表面活性剂(活度为35％)+45％水
原油:一个来自东北某油田的原油。张力测试温度为55℃，人工配制的回注水其矿化度为1000ppm，同时有1000ppm的聚丙烯酰胺聚合物(分子量1900万)的加入。
由界面张力的测试结果可知，在与聚合物共同构建二元无碱甜菜碱表面活性剂系统时，以改良型甜菜碱表面活性剂和油基酰胺基丙基甜菜碱表面活性剂共同作为表面活性剂成分的表面活性剂系统L3,可以有效将原油的界面张力降低到超低界面张力范围，且浓度0.05％～0.2％这一范围没有超出L3的浓度限制范围。
对比实施例2
本实施例与实施例3形成对照。配制以油基二甲基甜菜碱和油基酰胺二甲基丙基甜菜碱共同作为表面活性剂成分的表面活性剂系统L4。L4配制方法如下：取油基二甲基甜菜碱(来自美国西方表面活性剂研发中心Western Surfactants Research andDevelopment Center,USA，活度为30％，pH 6.0～7.0)4克，油基酰胺二甲基丙基甜菜碱(来自美国西方表面活性剂研发中心Western Surfactants Research and DevelopmentCenter,USA，活度为35％，pH6.0～7.0)12克，丙二醇40克，去离子水44克；以上分别加入一个烧杯，然后用电磁搅拌器在室温下搅拌均匀。用氢氧化钠和醋酸调节pH到7～8。所形成的表面活性剂系统呈均匀透明液体。
原油：来自中国东北油田。张力测试温度为55℃，回注水含矿化度4000ppm，同时有1000ppm聚丙烯酰胺聚合物的加入(分子量2500万)。
由界面张力的测试结果可知，在与聚合物共同构建二元无碱甜菜碱表面活性剂系统时，以油基二甲基甜菜碱和油基酰胺二甲基丙基甜菜碱共同作为表面活性剂成分的表面活性剂系统L4,使用浓度为0.1％时，不能实现超低界面张力的要求，在使用浓度为0.2％浓度可以达到超低界面张力，。在L3和L4的浓度限制范围比较而言，L3的浓度限制范围明显较宽。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种改良型甜菜碱表面活性剂，其特征在于，通过以下步骤合成：
(1)采用植物酸或者植物酸的衍生物与多胺反应生成酰胺中间产物，其中植物酸和多胺的摩尔比为0.75-1.25:1；
(2)在碱性反应环境中，使用环氧丙烷作为增链剂，使步骤(1)所得酰胺中间产物发生碳链增长反应，制得增链酰胺，其中环氧丙烷和酰胺中间产物的摩尔比为1-10：1；
(3)用氯乙酸钠和步骤(2)所得的增链酰胺反应，制得所述改良型甜菜碱表面活性剂，其中氯乙酸钠和增链酰胺的摩尔比1～1.1:1。
2.如权利要求1所述改良型甜菜碱表面活性剂，其特征在于：所述植物酸或植物酸衍生物的碳链长度为12～22。
3.如权利要求1所述改良型甜菜碱表面活性剂，其特征在于：所述步骤(1)具体操作为：在反应器中加入植物酸、多胺、甲苯和水，将反应混合物加热到140～150℃，开始出现甲苯/水初馏，将水从反应体系中分离，保持甲苯回流，直到水被回收完全，停止反应，负压蒸馏出甲苯。
4.如权利要求1所述改良型甜菜碱表面活性剂，其特征在于：所述步骤(2)具体操作为：在高于90℃的温度下，向封闭反应器内中的步骤(1)生成的酰胺中间产物中加入碱性溶液，混合均匀后，开始滴入环氧丙烷，直至反应完全，制得增链酰胺。
5.如权利要求1所述改良型甜菜碱表面活性剂，其特征在于：所述步骤(3)具体操作为：在步骤(2)生成的增链酰胺中加入碱性溶液，搅拌混匀后，再加入氯乙酸钠溶液，在60-90℃左右反应完全，生成改良型甜菜碱表面活性剂。
6.一种表面活性剂系统，其特征在于：所述表面活性剂系统包括如权利要求1～5任一项所述的改良型甜菜碱表面活性剂。
7.如权利要求6所述的表面活性剂系统，其特征在于，所述表面活性剂系统仅由改良型甜菜碱表面活性剂和水组成。
8.如权利要求6所述的表面活性剂系统，其特征在于：所述表面活性剂系统还包括其他类型的甜菜碱表面活性剂和聚合物。
9.如权利要求8所述的表面活性剂系统，其特征在于：所述表面活性剂系统包括油基丙基酰胺基甜菜碱表面活性剂。
10.所权利要求6所述的表面活性剂系统在开采原油中的应用。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112538343A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-03-23 | 西安石油大油气科技有限公司 | 一种驱油降压型甜菜碱表面活性剂的制备方法 |
| CN115636703A (zh) * | 2022-10-17 | 2023-01-24 | 四川科宏达集团有限责任公司 | 一种用于氨基酸肥料的稳定剂及其应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102775976A (zh) * | 2012-08-02 | 2012-11-14 | 中国石油天然气股份有限公司 | 直链脂肪醇醚羧基甜菜碱为主体的无碱复合驱组合物 |
| CN103409123A (zh) * | 2013-09-04 | 2013-11-27 | 上海海瑰化工科技有限公司 | 一种甜菜碱表面活性剂系统用于化学驱油的用途 |
| US20160168447A1 (en) * | 2014-12-11 | 2016-06-16 | Instituto Mexicano Del Petróleo | Hydroxypropyl betaine based zwitterionic geminal liquids, obtaining process and use as wettability modifiers with inhibitory/dispersants properties of asphaltenes |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102775976A (zh) * | 2012-08-02 | 2012-11-14 | 中国石油天然气股份有限公司 | 直链脂肪醇醚羧基甜菜碱为主体的无碱复合驱组合物 |
| CN103409123A (zh) * | 2013-09-04 | 2013-11-27 | 上海海瑰化工科技有限公司 | 一种甜菜碱表面活性剂系统用于化学驱油的用途 |
| US20160168447A1 (en) * | 2014-12-11 | 2016-06-16 | Instituto Mexicano Del Petróleo | Hydroxypropyl betaine based zwitterionic geminal liquids, obtaining process and use as wettability modifiers with inhibitory/dispersants properties of asphaltenes |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112538343A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-03-23 | 西安石油大油气科技有限公司 | 一种驱油降压型甜菜碱表面活性剂的制备方法 |
| CN115636703A (zh) * | 2022-10-17 | 2023-01-24 | 四川科宏达集团有限责任公司 | 一种用于氨基酸肥料的稳定剂及其应用 |
| CN115636703B (zh) * | 2022-10-17 | 2024-03-12 | 成都科宏达化学有限责任公司 | 一种用于氨基酸肥料的稳定剂及其应用 |
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