CN115057795B - 一种新型耐温耐盐五阳离子四子黏弹性表面活性剂及其合成方法 - Google Patents

一种新型耐温耐盐五阳离子四子黏弹性表面活性剂及其合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一类新型的耐温耐盐五阳离子四子黏弹性表面活性剂及其合成方法。本发明的五阳离子四子黏弹性表面活性剂不同于常规表面活性剂。本发明的五阳离子四子黏弹性表面活性剂具有五个季胺阳离子和4条疏水链。该五阳离子四子黏弹性表面活性剂(JDF)具有优异的溶解性能、耐盐性能及耐温性能。2wt％JDF表面活性剂与14wt％氯化钠配成的清洁压裂液在120℃、170s‑1下剪切两小时，表观粘度仍维持在40mPa·s以上，3wt％JDF表面活性剂与14wt％氯化钠配成的清洁压裂液在140℃、170‑1下剪切两小时，表观粘度仍维持在45mPa·s以上。本发明将有利于高矿化度地层水或海水配制压裂液，且具有较好的耐温性能，可用于高温地层的增产改造。

Description

一种新型耐温耐盐五阳离子四子黏弹性表面活性剂及其合成 方法
技术领域
本发明涉及压裂液稠化剂制备技术领域，该压裂液稠化剂为黏弹性表面活性剂。进一步的，该黏弹性表面活性剂具有多个季胺阳离子基团，具有良好的亲水性及耐盐性能，可用于与高矿化度地层水或者海水混配制备的清洁压裂液，配制的压裂液具有优异的耐温性能；具体涉及一种新型耐温耐盐五阳离子四子黏弹性表面活性剂及其合成方法。
背景技术
随着常规油气的不断消耗，储量逐渐降低，低渗、超低渗等非常规致密油气藏逐渐得到重视并不断扩大开发。然而在非常规致密油气藏的开发中，水力压裂作为增产改造主要措施，却受到压裂液性能的影响。目前，国内外使用的压裂液增稠剂主要是植物胶及其衍生物，粘弹性表面活性剂和合成聚合物。聚合物和天然植物胶具有较好的增稠效果，但是其在破胶后会留有大量的残渣堵塞压裂裂缝，严重影响压裂效果，同时对地层造成严重的损伤。随着近几年全球对环境问题的重视，以及石油行业重视对储层伤害的降低等。国内外压裂液的研究趋势是开展具有低残渣或无残渣、易破胶、配伍性好、低成本、低伤害等特点压裂液配方体系的研究，减小压裂液对储层的伤害成为压裂液研究的热点。清洁压裂液首次提出于1997年，是由美国斯伦贝谢公司提出的粘弹性表面活性剂基清洁压裂液。目前国内外对清洁压裂液已经有了许多的研究。但是，粘弹性表面活性剂在配制压裂液方面一直受困于耐盐性能，耐温性能等。因此为了提高黏弹性表面活性的耐盐、耐温性能，本发明提供一种新型耐温耐盐五阳离子四子黏弹性表面活性剂及其合成方法。
发明内容
为了提高黏弹性表面活性剂的耐盐与耐温性能，本发明提供了一种新型耐温耐盐五阳离子四子黏弹性表面活性剂。本发明不仅可以提高黏弹性表面活性剂的耐盐性能，同时由于其分子结构内含有四条疏水链，可以有效的提高其耐温性能。
一种新型耐温耐盐五阳离子四子黏弹性表面活性剂具有如下结构：
其中R1为碳原子数为17-21的不饱和烃链。
本发明的新型耐温耐盐五阳离子四子黏弹性表面活性剂具有5个季胺基团以及4条疏水长链，因此表面活性剂具有极好的亲水性能，且以此表面活性剂为稠化剂制备的清洁压裂液具有良好的耐盐性能，耐温性能。
本发明的新型耐温耐盐五阳离子四子黏弹性表面活性剂，具有特殊气味，呈淡黄色膏状。密度在1.02-1.4g/cm3的范围之内。
上述新型耐温耐盐五阳离子四子黏弹性表面活性剂的制备方法，将双(2-氯乙基)氨盐酸盐与环氧氯丙烷以1：(2.0-3.0)的摩尔比溶于异丙醇溶液种，并加入盐酸，其摩尔比与双(2-氯乙基)氨盐酸盐为(2-2.5)：1，加热至70-80℃，反应16-18小时，反应结束后通过旋转蒸发除去溶剂，得到中间产物(DF)。将得到中间产物DF与芥酸酰胺丙基二甲胺以1:(4.0-4.2)的摩尔比溶于异丙醇溶液中，加热至80-90℃，反应23-24小时，通过旋转蒸发除去溶剂，通过旋转蒸发除去溶剂，得到产物JDF。
与常规的耐温耐盐性能差的表面活性剂相比，该五阳离四子黏弹性表面活性剂具有的是五个季胺阳离子和四条疏水长链，使其具有极好的溶解性能以及耐盐性能，同时具有了更高的耐温性能。
上述的反应过程如下：
(1)中间体DF合成
(2)表面活性剂JDF合成
进一步地，在本发明较佳的实例中，将双(2-氯乙基)氨盐酸盐与环氧氯丙烷以1:(2.0-3.0)的摩尔比溶于异丙醇溶液中，并加入盐酸，其摩尔比与双(2-氯乙基)氨盐酸盐为(2-2.5)：1，加热至70-80℃，反应16-18小时，通过旋转蒸发除去溶剂，得到中间体DF。将中间体DF与芥酸酰胺丙基二甲基叔胺以1:(4.0-4.2)摩尔比溶于异丙醇溶液中，加热至80-90℃，反应23-24小时，通过旋转蒸发除去溶剂，最终制得耐温耐盐的五阳离子四子黏弹性表面活性剂JDF。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述制备方法还包括提纯步骤：用乙酸乙酯在40-50℃下溶解粗产品，再将所述乙酸乙酯溶液于0-5℃重结晶，以除去未反应的芥酸酰胺丙基二甲基叔胺，得到结晶产物；通过旋转蒸发处理所述结晶产物，以除去乙酸乙酯，制得低用量、耐温性好的三阳离子粘弹性表面活性剂JDF。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所采用的化合物均为工业化生产精细化学品，原料易得，生产成本低。
(2)本发明的新型耐温耐盐五阳离子四子黏弹性表面活性剂的制备方法简单，易分解，对地层伤害小；同时，产品的收率大幅提升，普遍达到85％以上。
(3)本发明的新型耐温耐盐五阳离子四子黏弹性表面活性剂临界胶束浓度为2～6×10-5mol/L易于聚集，形成蠕虫状胶束，具有较高的粘弹性。
(4)本发明的产品具有优异的溶解性能以及耐盐性能，可用于高矿化度地层水与海水配制。
(5)本发明的产品在高温、超高温下的水溶液具有优异的粘弹性及耐剪切性能。
附图说明
图1实施例8中不同JDF浓度下的溶解时间。
图2实施例9中不同浓度氯化钠溶液中黏度测试结果。
图3实施例10中新型耐温耐盐五阳离子四子粘弹性表面活性剂在含量2wt％时制备的清洁压裂液,120℃时的流变图。
图4实施例11中新型耐温耐盐五阳离子四子粘弹性表面活性剂在含量3wt％时制备的清洁压裂液,140℃时的流变图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
将双(2-氯乙基)氨盐酸盐与环氧氯丙烷以1:2的摩尔比溶于异丙醇溶液中，并加入盐酸，其摩尔比与双(2-氯乙基)氨盐酸盐为(2-2.5)：1，加热至70℃，反应16小时，通过旋转蒸发除去溶剂，得到中间体DF。将中间体DF与芥酸酰胺丙基二甲基叔胺以1:4摩尔比溶于异丙醇溶液中，加热至80℃，反应23小时，通过真空旋转蒸发仪，除去溶剂，进行2-3次的重结晶，最终新型耐温耐盐五阳离子四子粘弹性表面活性剂JDF，最终产率为85.2％。
实施例2
将双(2-氯乙基)氨盐酸盐与环氧氯丙烷以1:2.5的摩尔比溶于异丙醇溶液中，并加入盐酸，其摩尔比与双(2-氯乙基)氨盐酸盐为2：1，加热至75℃，反应16小时，通过旋转蒸发除去溶剂，得到中间体DF。将中间体DF与芥酸酰胺丙基二甲基叔胺以1:4.1摩尔比溶于异丙醇溶液中，加热至85℃，反应23小时，通过真空旋转蒸发仪，除去溶剂，进行2-3次的重结晶，最终新型耐温耐盐五阳离子四子粘弹性表面活性剂JDF，最终产率为86.2％。
实施例3
将双(2-氯乙基)氨盐酸盐与环氧氯丙烷以1:2.5的摩尔比溶于异丙醇溶液中，并加入盐酸，其摩尔比与双(2-氯乙基)氨盐酸盐为2.5：1加热至80℃，反应17小时，通过旋转蒸发除去溶剂，得到中间体DF。将中间体DF与芥酸酰胺丙基二甲基叔胺以1:4.1摩尔比溶于异丙醇溶液中，加热至80℃，反应23小时，通过真空旋转蒸发仪，除去溶剂，进行2-3次的重结晶，最终新型耐温耐盐五阳离子四子粘弹性表面活性剂JDF，最终产率为87.2％。
实施例4
将双(2-氯乙基)氨盐酸盐与环氧氯丙烷以1:3的摩尔比溶于异丙醇溶液中，并加入盐酸，其摩尔比与双(2-氯乙基)氨盐酸盐为2.5：1，加热至80℃，反应18小时，通过旋转蒸发除去溶剂，得到中间体DF。将中间体DF与芥酸酰胺丙基二甲基叔胺以1:4.2摩尔比溶于异丙醇溶液中，加热至80℃，反应23小时，通过真空旋转蒸发仪，除去溶剂，进行2-3次的重结晶，最终新型耐温耐盐五阳离子四子粘弹性表面活性剂JDF，最终产率为85.8％。
实施例5
将双(2-氯乙基)氨盐酸盐与环氧氯丙烷以1:2.5的摩尔比溶于异丙醇溶液中，并加入盐酸，其摩尔比与双(2-氯乙基)氨盐酸盐为2.5：1，加热至80℃，反应18小时，通过旋转蒸发除去溶剂，得到中间体DF。将中间体DF与芥酸酰胺丙基二甲基叔胺以1:4.2摩尔比溶于异丙醇溶液中，加热至85℃，反应24小时，通过真空旋转蒸发仪，除去溶剂，进行2-3次的重结晶，最终新型耐温耐盐五阳离子四子粘弹性表面活性剂JDF，最终产率为88.2％。
实施例6
将双(2-氯乙基)氨盐酸盐与环氧氯丙烷以1:2.5的摩尔比溶于异丙醇溶液中，并加入盐酸，其摩尔比与双(2-氯乙基)氨盐酸盐为2.5：1，加热至80℃，反应18小时，通过旋转蒸发除去溶剂，得到中间体DF。将中间体DF与芥酸酰胺丙基二甲基叔胺以1:4.2摩尔比溶于异丙醇溶液中，加热至90℃，反应24小时，通过真空旋转蒸发仪，除去溶剂，进行2-3次的重结晶，最终新型耐温耐盐五阳离子四子粘弹性表面活性剂JDF，最终产率为89.2％。
实施例7
将双(2-氯乙基)氨盐酸盐与环氧氯丙烷以1:3的摩尔比溶于异丙醇溶液中，并加入盐酸，其摩尔比与双(2-氯乙基)氨盐酸盐为2.5：1，加热至80℃，反应18小时，通过旋转蒸发除去溶剂，得到中间体DF。将中间体DF与芥酸酰胺丙基二甲基叔胺以1:4.2摩尔比溶于异丙醇溶液中，加热至90℃，反应24小时，通过真空旋转蒸发仪，除去溶剂，进行2-3次的重结晶，最终新型耐温耐盐五阳离子四子粘弹性表面活性剂JDF，最终产率为87.8％。
实施例8
根据实施例6中制得的产物JDF，以1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％浓度，测试新型耐温耐盐五阳离子四子粘弹性表面活性剂在水溶以及不同浓度氯化钠溶液中的溶解时间。
实施例9
根据实施例6中制得的产物，以2wt％、3wt％浓度下的新型五阳离子四子粘弹性表面活性剂配制的水溶液在不同浓度盐的情况下表观黏度变化。
实施例10
根据实施例9中，2wt％JDF表面活性剂与14wt％氯化钠配成的清洁压裂液在120℃、170-1下剪切两小时，表观黏度仍维持在40mPa·s以上，符合行业标准SY/T6376-2008的要求。
实施例11
根据实施例9中，3wt％JDF表面活性剂与14wt％氯化钠配成的清洁压裂液在140℃、170-1下剪切两小时，表观黏度仍维持在45mPa·s以上，符合行业标准SY/T6376-2008的要求。

Claims (5)

1.一种五阳离子四子黏弹性表面活性剂，具有如下结构式：
其中R1为碳原子数17-21的不饱和烃链。
2.根据权利要求1所述的五阳离子四子黏弹性表面活性剂，其特征在于，所述碳原子数17-21的不饱和烃链R1为芥酸酰胺丙基二甲基叔胺上的不饱和烃链。
3.权利要求2所述五阳离子四子黏弹性表面活性剂的合成方法，其特征在于，包括：
(1)将双(2-氯乙基)氨盐酸盐与环氧氯丙烷按照1:2.0-3.0的摩尔比溶于异丙醇中，并加入盐酸，其摩尔比与双(2-氯乙基)氨盐酸盐为(2-2.5)：1，加热至70-80℃，反应16h-18h，反应结束后通过旋转蒸发除去溶剂，得到中间体DF；
(2)将中间体DF与芥酸酰胺丙基二甲胺以1:4.0-4.2摩尔比溶于异丙醇中，加热至80-90℃，反应23-24h，通过旋转蒸发除去溶剂，制得所述五阳离子四子黏弹性表面活性剂。
4.根据权利要求3所述五阳离子四子黏弹性表面活性剂的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，反应温度为80℃，反应时间为18h。
5.根据权利要求3所述五阳离子四子黏弹性表面活性剂的合成方法，其特征在于，步骤(2)中，反应温度为90℃，反应时间为24h。
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