CN112011324A - 一种腰果酚基氨基酸型表面活性剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种腰果酚基氨基酸型表面活性剂及其应用，本发明提供了一种具有特殊结构的新型腰果酚氨基酸型离子表面活性剂，结构通式如(I)所示，其中，R1和R2分别独立选至C1‑C5烷基，‑CH2CH2CH2CF3，‑CH2CH2COOH，‑CH2CH2OH等。该腰果酚基氨基酸型离子表面活性剂具有良好的界面活性，其水溶液可与原油形成超低界面张力，在恶劣油藏的驱油领域具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种离子表面活性剂，特别涉及一种腰果酚基氨基酸型表面活性剂，属于有机化学技术领域。
背景技术
氨基酸型表面活性剂能较好地降低油水界面张力，改变原油的乳化性能，降低残余油饱和度来提高洗油效率，进而提高原油的采收率。同时，氨基酸型表面活性剂低毒、易生物降解，抗盐性能好，是具有工业应用前景的表面活性剂。
目前，人们已经开发出了很多种用于驱油的表面活性剂，其中重烷基苯磺酸盐和石油磺酸盐两类阴离子型表面活性剂是国内各大油田应用最多的驱油表面活性剂。然而，对于恶劣油藏，地层水矿化度较高，阴离子型表面活性剂在高温高盐条件下结构易发生改变，起不到良好应用效果。氨基酸型表面活性剂具有良好的抗盐性能，对高矿化度的恶劣油藏具有良好的适应性，且它的界面张力对碱的依赖性比较小。
CN105983370A的专利申请公开了一种饱和腰果酚甜菜碱表面活性剂(Ⅱ)及制备方法和应用，该表面活性剂在85℃下，其水溶液与胜利油田原油的界面张力可达到10-2mN/m。
CN10179827413B的专利申请公开了一种两性离子表面活性剂在三次采油中的应用、该表面活性剂的制备方法及应用方法，该混合两性离子表面活性剂在低于80℃的条件，可将油水界面张力降低到可达到10-2mN/m。
CN105597620的专利申请公开了一种含三硅氧烷和氨基的表面活性剂及其制备方法，该表面活性剂具有含硅表面活性剂和腰果酚表面活性剂的共同性能特点。
如上所述，尽管研究人员已经开发出了多种表面活性剂，但这些表面活性剂仍然存在着诸多缺陷，例如界面张力较高等。
有鉴于此，本发明人旨在通过现有文献的调研与实验探索而开发出一种腰果酚基氨基酸型表面活性剂及其应用从而可有效地克服现有技术存在的问题，大大降低了油水界面张力，且具有较好的耐温和抗盐性能，进而充分满足油田驱油表面活性剂的广泛需求，具有良好的工业化应用潜力和推广价值。
发明内容
针对上述存在的诸多问题，本发明提供了一种腰果酚基氨基酸型表面活性剂及其在三次采油方面的应用，旨在为提高原油采收率提供一种高效、适用范围广、能够达到超低界面张力的表面活性剂和可适用于恶劣油藏使用的驱油剂。
首先，本发明提供了一种腰果酚氨基酸型表面活性剂，该表面活性剂具有如下结构：
其中，R1和R2分别独立地选自C1-C5烷基、-CH2CH2CH2CF3、-CH2CH2COOH或-CH2CH2OH。
其次，本发明提供了一种驱油剂，该驱油剂包含上述的腰果酚氨基酸型表面活性剂。
本发明提供的驱油剂，除上述腰果酚氨基酸型表面活性剂，还包括两性表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、聚丙烯酰胺类聚合物、脂肪醇、疏水缔合共聚物和油田现场水或模拟水中的一种或几种。
本发明提供的驱油剂，其中，所述的两性表面活性剂选自咪唑啉衍生物、甜菜碱衍生物、氨基丙酸衍生物和牛磺酸衍生物中的任意一种或几种。
本发明提供的驱油剂，其中，所述的阴离子表面活性剂选自石油磺酸盐、木质素磺酸盐、琥珀酸酯磺酸盐、烷基磺酸盐、烷基芳基磺酸盐、芳基烷基磺酸盐、烷基硫酸盐、烷基磷酸盐、酰胺基羧酸盐、木质素羧酸盐和脂肪羧酸盐中的一种或几种。
本发明提供的驱油剂，其中，所述的非离子表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基醇胺、多醇表面活性剂、聚醚表面活性剂、烷基吡咯烷酮和烷基聚葡萄糖苷中的一种或几种。
本发明提供的驱油剂，其中，所述的丙烯酰胺类聚合物为聚丙烯酰胺或部分水解聚丙烯酰胺。
本发明提供的驱油剂，其中，所述疏水缔合共聚物选自壳聚糖衍生物、瓜尔胶衍生物、纤维素衍生物、黄原胶和酚醛类疏水缔合物中的一种或几种。
本发明提供的驱油剂可用于温度范围在(40±5℃)～(85±5℃)、矿化度在20000mg/L～40000mg/L的恶劣油藏驱油。
本发明还可以详细叙述如下：
第一，本发明提供了一种腰果酚基氨基酸型表面活性剂，所表面活性剂具有如下通式所示的结构。
其中，R1和R2分别独立选至C1-C5烷基，-CH2CH2CH2CF3，-CH2CH2COOH，-CH2CH2OH等。
第二，本发明提供了上述腰果酚氨基酸型表面活性剂的合成方法，包含以下步骤：
(1)腰果酚异丙醇醚叔胺的制备
将二取代胺和缚酸剂溶解到短链醇中，缓慢滴加腰果酚异丙醇醚的醇溶液，滴加完毕，升高反应温度至40℃～80℃，恒温反应5h～10h；反应结束，后处理得到腰果酚异丙醇醚叔胺；
(2)腰果酚氨基酸型表面活性剂的制备
将缚酸剂和步骤(1)中所制得腰果酚异丙醇醚叔胺的短链醇溶液加入到反应器中，在30℃～80℃下缓慢滴加4-氯-3-羟基-丁酸的水溶液，滴加完毕，在50℃～95℃下恒温反应5h～12h，反应完毕，减压蒸馏除去溶剂，所得蒸馏产物用乙酸乙酯洗涤多次，然后用乙醇重结晶，得到腰果酚氨基酸型表面活性剂。
本发明提供的腰果酚氨基酸型表面活性剂的合成方法，其中，步骤(1)中所述的后处理为用减压蒸馏除去溶剂；所得蒸馏产物分别用苯和热的饱和食盐水洗涤多次，然后再用蒸馏水洗涤至中性，最后减压蒸馏除去体系中的水。
本发明提供的腰果酚氨基酸型表面活性剂的合成方法，其中，所述二取代胺的取代基分别独立地选自C1-C5烷基、-CH2CH2CH2CF3、-CH2CH2COOH或-CH2CH2OH。
本发明提供的腰果酚氨基酸型表面活性剂的合成方法，其中，所述的短链醇为甲醇、乙醇、异丙醇和异丁醇中的一种或几种。
本发明提供的腰果酚氨基酸型表面活性剂的合成方法，其中，所述的缚酸剂为氢氧化钠、三乙胺或吡啶。
本发明提供的腰果酚氨基酸型表面活性剂的合成方法，其中，以每摩尔二取代胺计，步骤(1)中所述缚酸剂用量为：缚酸剂与二取代胺的摩尔比为1:4。
本发明提供的腰果酚氨基酸型表面活性剂的合成方法，其中，以每摩尔二苯胺计，步骤(1)中所述腰果酚异丙醇醚的用量为：腰果酚异丙醇醚与二苯胺的摩尔比为1:4。
本发明提供的腰果酚氨基酸型表面活性剂的合成方法，其中，以每摩尔腰果酚异丙醇醚叔胺计，步骤(2)中所述缚酸剂的用量为：缚酸剂与腰果酚异丙醇醚叔胺的摩尔比为1:1。
本发明提供的腰果酚氨基酸型表面活性剂的合成方法，其中，以每摩尔腰果酚异丙醇醚叔胺计，步骤(2)中所述4-氯-3-羟基-丁酸的用量为：4-氯-3-羟基-丁酸与腰果酚异丙醇醚叔胺的摩尔比为：2:1～4:1。
第三，本发明还提供了上述腰果酚氨基酸型表面活性剂作为驱替剂的应用。
应用方法为：将所述的腰果酚甜菜碱表面活性剂单独或者与其它添加剂一起配制为水溶液使用。
优选地，腰果酚甜菜碱表面活性剂在水溶液体系中的浓度为100mg/L-50000mg/L。
优选地，所述添加剂选自无机盐、无机碱、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、脂肪醇、聚丙烯酰胺类聚合物和疏水缔合共聚物的一种或多种。
优选地，所述的无机盐为：NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2、NH4Cl、Na2SO4、Na3PO4、NaH2PO4、Na2HPO4、Na2SO4、NH4HSO4、(NH4)3PO4等常用无机盐或它们的任意混合物。
优选地，所述的无机碱为：NaOH、Na2CO3、NaHCO3、KOH、K2CO3、KHCO3等常用的无机碱或它们的任意混合物。
优选地，所述的阴离子表面活性剂为：石油磺酸盐、木质素磺酸盐、琥珀酸酯磺酸盐、烷基磺酸盐、烷基芳基磺酸盐、芳基烷基磺酸盐、烷基硫酸盐、烷基磷酸盐、酰胺基羧酸盐、木质素羧酸盐、脂肪羧酸盐等或它们的任意混合物。
优选地，所述的非离子表面活性剂为：脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基醇胺、多醇表面活性剂、聚醚表面活性剂、烷基吡咯烷酮、烷基聚葡萄糖苷等或它们的任意混合物。
优选地，所述的两性表面活性剂为：咪唑啉衍生物、甜菜碱衍生物、氨基丙酸衍生物、牛磺酸衍生物等或它们的任意混合物。
优选地，所述的脂肪醇为：辛醇、癸醇、辛癸醇、月桂醇、肉豆蔻醇、棕榈醇、硬脂醇、油醇等或它们的任意混合物。
优选地，所述的丙烯酰胺类聚合物和疏水缔合共聚物为：聚丙烯酰胺或部分水解聚丙烯酰胺或它们的混合物。
优选地，疏水缔合共聚物为：壳聚糖衍生物、瓜尔胶衍生物、纤维素衍生物、黄原胶、酚醛类疏水缔合物等或它们的任意混合物。
说明书附图
图1实施例3中界面张力与腰果酚氨基酸型表面活性剂浓度的关系
图2实施例4中界面张力与腰果酚氨基酸型表面活性剂浓度的关系
图3实施例5中界面张力与腰果酚氨基酸型表面活性剂浓度的关系
图4实施例6中界面张力与腰果酚氨基酸型表面活性剂浓度的关系
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，但这些列举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。
实施例1：
腰果酚氨基酸型表面活性剂A1的制备：
第一步：向反应器中加入将12.30g(0.08mol)二戊胺和2.02g(0.02mol)三乙胺溶解到50mL乙醇中，缓慢滴加20mL含有7.65g(0.02mol)腰果酚异丙醇醚的乙醇溶液；滴加完毕，升高反应温度至40℃，恒温反应10小时；反应结束，减压蒸馏除去溶剂；所得蒸馏产物分别用苯和热的饱和食盐水洗涤三次，然后再用蒸馏水洗涤至中性，最后减压蒸馏除去体系中的水，得到腰果酚叔胺，收率为85.7％。
第二步：将8.64g(0.02mol)腰果酚叔胺溶解到80mL乙醇中，加入2.02g(0.02mol)三乙胺，在40℃下缓慢滴加7.86g(0.04mol)3-氯-2-羟基丙磺酸钠的水溶液20mL；滴加完毕，在50℃下恒温反应12小时，反应完毕，减压蒸馏除去溶剂，所得蒸馏产物用100mL乙酸乙酯洗涤多次，用乙醇重结晶，得到可作为两性离子表面活性剂的腰果酚异丙醇醚化合物产品，收率为81.7％。
实施例2：
腰果酚氨基酸型表面活性剂A2的制备：
第一步：向反应器中加入将12.88g(0.08mol)二丙酸胺和2.02g(0.02mol)三乙胺溶解到50mL乙醇中，缓慢滴加20mL含有7.65g(0.02mol)腰果酚异丙醇醚的乙醇溶液；滴加完毕，升高反应温度至80℃，恒温反应5小时；反应结束，减压蒸馏除去溶剂；所得蒸馏产物分别用苯和热的饱和食盐水洗涤三次，然后再用蒸馏水洗涤至中性，最后减压蒸馏除去体系中的水，得到腰果酚叔胺，收率为84.6％。
第二步：将8.68g(0.02mol)腰果酚叔胺溶解到80mL乙醇中，加入2.02g(0.02mol)三乙胺，在40℃下缓慢滴加15.72g(0.08mol)3-氯-2-羟基丙磺酸钠的水溶液20mL；滴加完毕，在95℃下恒温反应5小时，反应完毕，减压蒸馏除去溶剂，所得蒸馏产物用100mL乙酸乙酯洗涤多次，用乙醇重结晶，得到可作为两性离子表面活性剂的腰果酚异丙醇醚化合物产品，收率为80.7％。
实施例3
腰果酚基氨基酸型表面活性剂的应用：
在温度为40±5℃，矿化度为20000mg/L时，配制含有3wt％的NaCl、0.1wt％的Na2CO3、200mg/L的Ca2+和600mg/L的Mg2+的水溶液体系，并在该体系中添加不同浓度的腰果酚基氨基酸型表面活性剂，形成驱油剂，使上述驱油剂与大庆油田的原油形成的油水静态界面张力曲线，如图1所示。由图1可知，在此矿化度下，当腰果酚基氨基酸型表面活性剂浓度大于1g/L时，该驱油剂与原油的界面张力达到了超低界面张力(10-3mN/m)。
实施例4
腰果酚基氨基酸型表面活性剂的应用：
在温度为85±5℃、矿化度为32000mg/L时，腰果酚基氨基酸型表面活性剂纯溶液与原油的静态界面张力与表面活性剂浓度之间的关系曲线见图2。由图2可知，在高温和高矿化度下，当浓度大于1g/L时，腰果酚基氨基酸型表面活性剂溶液与原油的界面张力达到了超低界面张力(10-3mN/m)，且界面张力低于45±5℃时的界面张力。
实施例5
腰果酚基氨基酸型表面活性剂的应用：
在温度为45±5℃、矿化度为40000mg/L时，腰果酚基氨基酸型表面活性剂溶液与原油的静态界面张力与表面活性剂浓度之间的关系曲线见图3。
实施例6
腰果酚基氨基酸型表面活性剂的应用：
在温度为85±5℃、矿化度为40000mg/L时，腰果酚基氨基酸型表面活性剂溶液与原油的静态界面张力与表面活性剂浓度之间的关系曲线见图4。
实施例7～12
驱油剂效果实验评价：
将腰果酚基氨基酸型表面活性剂取1重量份与大庆油田西区注入模拟水500重量份混合得到的驱油剂用于原油驱替实验。其中本发明所有实施例中所用大庆西区注入模拟水的组成见表1。为便于比较将驱油剂的组成列于表2。
表1、大庆西区注入模拟水的组成
按照SY/T6424-2000复合驱油体系性能测试方法中的复合驱油体系物理模拟驱油效果测试，在85℃下，长度为30cm，直径为4.5cm，渗透率为1.5m2的岩心上进行模拟驱油实验。先用大庆油田西区注入模拟水进行水驱至含水98％，水驱结束后，转注0.3pv(岩心孔隙体积)上述驱油剂，然后水驱至含水98％，提高原油采收率结果见表2。
表2驱油剂的组成及驱替实验结果
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种腰果酚氨基酸型表面活性剂，其特征在于：该表面活性剂具有如下结构：
其中，R1和R2分别独立地选自C1-C5烷基、-CH2CH2CH2CF3、-CH2CH2COOH或-CH2CH2OH。
2.一种驱油剂，其特征在于，包含权利要求1中所述的两性表面活性。
3.如权利要求2所述的驱油剂，其特征在于，该驱油剂还包括两性表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、聚丙烯酰胺类聚合物、脂肪醇、疏水缔合共聚物和油田现场水或模拟水中的一种或几种。
4.如权利要求3中所述的驱油剂，其特征在于，所述的两性表面活性剂选自咪唑啉衍生物、甜菜碱衍生物、氨基丙酸衍生物和牛磺酸衍生物中的任意一种或几种。
5.如权利要求3中所述的驱油剂，其特征在于，所述的阴离子表面活性剂选自石油磺酸盐、木质素磺酸盐、琥珀酸酯磺酸盐、烷基磺酸盐、烷基芳基磺酸盐、芳基烷基磺酸盐、烷基硫酸盐、烷基磷酸盐、酰胺基羧酸盐、木质素羧酸盐和脂肪羧酸盐中的一种或几种。
6.如权利要求3中所述的驱油剂，其特征在于，所述的非离子表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基醇胺、多醇表面活性剂、聚醚表面活性剂、烷基吡咯烷酮和烷基聚葡萄糖苷中的一种或几种。
7.如权利要求3中所述的驱油剂，其特征在于，所述的丙烯酰胺类聚合物为聚丙烯酰胺或部分水解聚丙烯酰胺。
8.如权利要求3中所述的驱油剂，其特征在于，所述疏水缔合共聚物选自壳聚糖衍生物、瓜尔胶衍生物、纤维素衍生物、黄原胶和酚醛类疏水缔合物中的一种或几种。
9.如权利要求2-8中任一项所述的驱油剂的应用。
10.如权利要求2-8中任一项所述的驱油剂，其特征在于，可用于温度范围在(40±5℃)～(85±5℃)、矿化度在20000mg/L～40000mg/L的恶劣油藏驱油。
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