CN115594658A - 耐高温泡排剂组合物、制备方法及其用途 - Google Patents

耐高温泡排剂组合物、制备方法及其用途 Download PDF

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CN115594658A CN202110767578.XA CN202110767578A CN115594658A CN 115594658 A CN115594658 A CN 115594658A CN 202110767578 A CN202110767578 A CN 202110767578A CN 115594658 A CN115594658 A CN 115594658A
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Abstract

本申请提供了一种CO2/N2开关响应型类耐高温泡排剂组合物及其制备方法与用途，其中CO2/N2开关响应型类耐高温泡排剂组合物中包括CO2/N2开关响应型类物质(即3‑噻吩‑乙基‑N,N‑二甲基叔胺)。本发明的CO2/N2开关响应型耐温泡排剂，由于噻吩基团的存在，呈现出良好的耐温性能。将其与阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠复配后，在温度低于90℃的环境下，起泡高度大于200mm，携液量大于150mL，具有良好的起泡性能、泡沫稳定性，取得了较好的技术效果，解决了长期面临的高温气井中的排水采气问题。

Description

耐高温泡排剂组合物、制备方法及其用途
技术领域
本申请涉及油气田领域，特别涉及一种耐高温泡排剂组合物、制备方法及其用途。
背景技术
随着对油气田的持续开发，近年来国内大部分油田、气井出现了井筒积液的现象。井筒积液会导致油气井内回压增大，采油/气量下降，甚至压死油田井/气井，严重影响油气田的开发和生产。
为解决这一问题，泡沫排水采油气、优选管柱排水采油气、有杆泵排水采油气、气举排水采油气等工艺得到了广泛的应用。在诸多排水工艺中，泡沫排水因具有操作简便、成本低、见效快等优点，应用井数占80％以上，成为维护产水油气井稳定生产的最有效手段。
然而，泡沫排水采气过程中会生成大量泡沫，这些泡沫在到达地面后难以消除，即使加入消泡剂，也存在消泡缓慢、不彻底等问题。另外，由于凝析油的存在，产出液中很容易生成乳化物，这给后期处理带来诸多问题。智能响应型泡排剂生成泡沫后可通过外部刺激实现自动消泡及乳化物破乳，从而避免泡沫排水采气过程中出现的上述问题。CO2响应型泡排剂是一类以CO2为环境触发器的表面活性剂，通过向溶液中通入和排出CO2，能够对溶液表面活性的“有”或“无”进行控制。该种表面活性剂具有绿色、廉价、可再生及低耗能等优点。
现有技术中介绍了有关泡排剂及其制备方法方面的研究主要有：
CN108373912A公开了一种抗盐抗高温泡排剂及其制备方法，由以下质量百分比的组分组成：阴-非离子表面活性剂复合体系0.2～0.5％，微生物发酵液0.02～0.08％，余量为水。该抗盐抗高温泡排剂，具有抗盐抗高温的起泡、稳泡、携液能力，同时具有良好的耐凝析油、耐甲醇性能。
CN107674666A公开了一种抗温抗盐泡排剂的制备工艺，制备方法为：N,N’,N”-烷基二乙烯三胺五乙酸钠、十二烷基二甲基经丙基磷酸脂甜菜碱和十二烷基苯磺酸钠混合均匀，加热熔融后，加入半乳甘露聚糖混合均匀，在搅拌过程中保温3-10min，然后加入十二烷基苯磺酸钠，再搅拌均匀后自然冷却，冷却后的物质研磨成粉状即可。该泡排剂不仅仅能有效达到低成本、高溶解性、抗高温、抗盐、起泡显著的效果，而且稳泡效果更加显著，解决了现有泡排剂不能同时满足低成本、高溶解性、抗高温、抗盐、起泡与稳泡能力显著的要求的问题。
上述现有技术虽然取得了一定的进步，但是由于气田普遍存在高温等苛刻环境，当前已报道的CO2响应型表面活性剂不能直接作为泡排剂在现场使用，需要对其在具备良好的CO2响应性的基础上进行改性设计，以达到耐温的效果。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种智能响应型耐温泡排体系，该泡排体系具有良好的耐温、泡沫、响应性能。即本发明的第一方面目的在于提供一种CO2/N2开关响应型类物质，所述CO2/N2开关响应型类物质包括以下结构式(I)：
Figure BDA0003152443790000031
式(I)中，所述R1或R2相同或不同，各自独立地表示H原子、羟基、C1～C22的直链或支链状的烷基或芳基、C1～C10的环烷基、C1～C10的烷氧基或芳氧基，以及
n＝2～22。
根据本发明的一些实施方式，所述CO2/N2开关响应型类物质包括3-噻吩-乙基-N,N-二甲基叔胺，即具有如下结构式(II)：
Figure BDA0003152443790000032
本发明的另一方面为基于上述发现，提供一种耐高温泡排剂组合物，包括3-噻吩-乙基-N,N-二甲基叔胺以及表面活性剂。
根据本发明的一些实施方式，所述表面活性剂包括非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂中的一种。
根据本发明的一些实施方式，所述表面活性剂包括阴离子表面活性剂；优选地，所述阴离子表面活性剂包括硫酸盐表面活性剂、磺酸盐表面活性剂、磷酸盐表面活性剂、羧酸盐表面活性剂。
根据本发明的一些实施方式，所述阴离子表面活性剂包括烷基硫酸盐、烷基酯硫酸盐、烷基醚硫酸盐、烷基烷氧基酯硫酸盐、硫酸化烷醇酰胺、甘油酯硫酸盐；优选地，包括脂肪醇的硫酸盐或脂肪醇的聚氧乙烯醚。
根据本发明的一些实施方式，所述阴离子表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、月桂基硫酸钠、十二烷基硫酸铵、十二烷基硫酸钾的一种或几种。
根据本发明的一些实施方式，所述表面活性剂和3-噻吩-乙基-N,N-二甲基叔胺的质量分数比为1：1～3：1。
本发明的再一方面为提供上述耐高温泡排剂组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1.制备CO2/N2开关响应型类物质：
a.向噻吩乙醇(2.00g)和三乙胺(2.61mL)的二氯甲烷溶液(30mL)中加入对甲苯磺酰氯(3.56g)进行反应；加入水(80mL)，并将溶液用二氯甲烷(3×30mL)萃取；混合有机萃取物，用硫酸钠干燥并真空浓缩，纯化残余物；
b.在氮气气氛下，向步骤a所得产物的无水丙酮(40mL)溶液中加入溴化锂(2.5g)，搅拌回流后，将混合物进行浓缩，纯化残余物；
c.向步骤b所得产物的四氢呋喃(40mL)溶液中加入三甲胺(10mL，甲醇溶液中占30％)搅拌，真空除去剩余溶液后萃取并洗涤干燥，得到目标产物3-噻吩-乙基-N,N-二甲基叔胺。
S2制备耐高温泡排剂组合物：
d.将阴离子表面活性剂、CO2/N2开关响应型物质按所需质量分数与水均匀混合，即得。
根据本发明的一些实施方式，步骤a中的反应在室温下搅拌24小时，通过快速柱色谱法(10-20％乙酸乙酯/乙烷)纯化残余物。
根据本发明的一些实施方式，步骤b中，搅拌回流温度为75℃，时间为12小时，浓缩条件为真空，并使用石油醚/乙酸乙酯(5：1)作为洗脱液，通过硅胶柱色谱法纯化残余物。
根据本发明的一些实施方式，步骤c中，搅拌温度为70℃，搅拌时间为48小时，残余物用水/乙酸乙酯(1：1)萃取，水相用乙酸乙酯洗涤两次，并在真空下干燥。
本发明又一目的为提供耐高温泡排剂组合物在油气田排水采油气中的用途。
与现有技术相比，本发明至少具有以下效果：
(1)本发明的CO2/N2开关响应型耐温泡排剂，所采用的是3-噻吩-乙基-N,N-二甲基叔胺，由于其叔胺基团的存在，该泡排剂具有良好的CO2/N2开关响应性能，实现由通气控制的“开”与“关”。由于该叔胺泡排剂的起泡性能、泡沫稳定性相对较弱，本发明的一个实施例选用了广泛用于泡沫排水采气领域的阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)。十二烷基硫酸钠具有优异的起泡性能和泡沫稳定性，将其与3-噻吩-乙基-N,N-二甲基叔胺复配后，由于二者之间良好的协同作用，呈现出优异的起泡性能、泡沫稳定性和良好CO2/N2开关响应性能。
(2)本发明的CO2/N2开关响应型耐温泡排剂，发明人发现由于噻吩基团的存在，呈现出良好的耐温性能。将其与阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠复配后，在温度低于90℃的环境下，泡沫稳定性较好。根据SY/T 6465-2000《泡沫排水采气用起泡剂评价方法》对该泡排体系进行泡沫性能测试，起泡高度大于200mm，携液量大于150mL，具有良好的起泡性能、泡沫稳定性，取得了较好的技术效果。
(3)本发明的CO2/N2开关响应型耐温泡排体系，通过本发明后续的一个实施例所证明的，合成了一种CO2/N2开关响应型耐温泡排剂，与阴离子表面活性剂复配后，大大提高了泡沫在高温气井中稳定性，较好的解决了长期面临的高温气井中的排水采气问题。
附图说明
图1为本发明一个实施例所示的CO2/N2开关响应型耐温泡排体系的工作原理图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
在本申请中，“一种”和“一个”等具有“一个或多个”的含义。在本申请的描述中，除非另有说明，数值范围通常包括端点。此外，应当理解，数值范围内的所有值都在本发明的保护范围之内。
在本发明中，术语“表面活性剂”由极性亲水基团(“头部”)和非极性疏水链基团(“尾部”)组成，并且可溶于有机溶剂和水。其能够有效降低表(界)面张力并自组装形成一系列胶束结构，包括但不限于球形、棒形、蠕虫状和囊泡状胶束的一种或几种。
在本发明中，术语“CO2/N2开关响应型物质”、“CO2/N2开关响应型组合物”或“CO2/N2开关响应型体系”包括具有CO2刺激响应性能的物质或体系，其通过与CO2的结合与分离，使所述物质或体系可逆地在两种状态之间切换，包括在表面活性剂与非表面活性剂之间进行切换。
在本发明中，术语“CO2刺激响应性能”或“CO2触发”包括向所述物质或体系中通入CO2使其转化为表面活性剂，通入N2或空气加热的情况下即可发生逆反应，生成中性、非表面活性的物质或体系。
在本发明的一个实施例中，“CO2/N2开关响应型物质”包括叔胺型CO2/N2开关响应型物质；在本发明的一个实施例中，所述“CO2/N2开关响应型物质”包括碳酸可以使其可切换两亲性基团离子化。例如，在其中可切换两亲性基团是叔胺基的实施方案中，碳酸可以酸化叔胺基以形成可以具有碳酸氢根(HCO-)的叔胺离子。
在本发明的一个实施例中，所述“CO2/N2开关响应型物质”的头部至少包括一个叔胺基团，所述叔胺基团可以与CO2、水反应生成叔胺碳酸氢盐，且通过通入N2或空气加热的情况下即可发生逆反应，所述叔胺碳酸氢盐分解为初始状态，变成中性的非离子化合物。
在本发明的一个实施例中，所述“CO2/N2开关响应型物质”的头部可以是任何合适的可切换两亲官能团。例如，可切换的两性基团可以是含氮基团，例如酰胺，胺或脒基、咪唑啉基、胍基中的一种或几种。
在本发明的一个实施例中，所述头部基团包括十二烷基四甲基烷基胍(DTMG)；在本发明的一个实施例中，所述头部基团包括2-烷基-1羟乙基咪唑啉。在本发明的一个实施例中，所述头部基团包括叔胺基。
在本发明的一个实施例中，所述“CO2/N2开关响应型物质”包括噻吩基-烷基-叔胺。
意外地，发明人发现在所述“CO2/N2开关响应型物质”的尾部或疏水端引入耐温基团噻吩基，可以使得在较高的温度下，所述“CO2/N2开关响应型物质”可以更长时间地维持表面活性状态，或与其他的表面活性剂配合在更高的温度下维持表面活性状态。即本发明的一个实施例中，提供如下结构式(I)的“CO2/N2开关响应型物质”
Figure BDA0003152443790000081
式(I)中，所述R1或R2相同或不同，各自独立地表示H原子、羟基、C1～C22的直链或支链状的烷基或芳基、C1～C10的环烷基、C1～C10的烷氧基或芳氧基，以及
n＝2～22。
根据本发明的一些实施方式，所述CO2/N2开关响应型类物质包括3-噻吩-乙基-N,N-二甲基叔胺，即具有如下结构式(II)：
Figure BDA0003152443790000082
在本发明的一个实施例中，除“CO2/N2开关响应型物质”(3-噻吩-乙基-N,N-二甲基叔胺)之外，为了维持更佳的泡沫形态或表面活性形态，还可以加入其他表面活性剂。基于此发现，本发明的一个实施例中，又提供了一种CO2/N2开关响应型耐温泡排剂组合物，包括3-噻吩-乙基-N,N-二甲基叔胺以及表面活性剂。
在本发明的“CO2/N2开关响应型耐温泡排剂组合物”中，对除3-噻吩-乙基-N,N-二甲基叔胺之外的表面活性剂没有特别的限制，其可以是CO2开关型表面活性剂，或非CO2开关型表面活性剂。在本发明的一个实施例中，所述表面活性剂包括非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂中的一种或几种。
在本发明的一个实施例中，所述阳离子表面活性剂可包括铵盐型阳离子表面活性剂或季铵盐型表面活性剂；所述铵盐型阳离子表面活性剂包括C6-C26胺基化合物或烷基胺基化合物(包括但不限于N-二甲基乙烷-1,2-二胺，N1，N1-二甲基丙烷-1,3-二胺，N1，N1-二乙基乙烷-1,2-二胺，N1，N1-二乙基丙烷-1,3-二胺，亚精胺，1,1,1-三(氨基甲基)乙烷，三(2-氨基乙基)胺，亚精胺，TEPA，DETA，TETA，AFEA，PEHA，HEHA，二丙三胺，三丙四胺，四丙烯五胺，五丙烯六胺，六丙烯庚胺、二丁烯三胺、三丁烯四胺、四丁烯五胺、五丁烯六胺、六丁烯庚胺)与酸(例如乙酸、甲酸、丙酸、丁酸、戊酸、六烷基酸、草酸、丙酸、乳酸、糖酸、乙醇酸、苹果酸、柠檬酸、苯甲酸、对甲苯磺酸、三氟甲磺酸、盐酸、硝酸、磷酸、硫酸、氢溴酸、高氯酸、氢碘酸等)之间的酰胺反应生成的的铵盐型阳离子表面活性剂(包括但不限于硬脂酰胺丙基二甲胺、硬脂酰胺丙基二乙胺、硬脂酰胺乙基二乙胺、硬脂酰胺乙基二甲胺，棕榈酰胺丙基二甲胺、棕榈酰胺丙基二乙胺、棕榈酰胺乙基二乙胺、棕榈酰胺乙基二甲胺、棕榈酰胺丙基二甲胺、棕榈酰胺丙基二乙胺、棕榈酰胺丙基二乙胺、棕榈酰胺乙基二乙胺、棕榈酰胺乙基二甲胺、花生胺丙基二乙胺、花生胺乙基二乙胺，花生四烯酸二甲胺)；以及
所述季铵盐型表面活性剂包括C6-C26叔胺基与烷基化试剂(包括但不限于二甲基硫酸盐、甲基氯或溴、苄基氯或溴、C6-C26烷基氯或溴的一种或几种)生成的季铵盐阳离子表面活性剂(包括但不限于溴化正辛基吡啶、溴化正壬基吡啶、溴化正癸基吡啶、溴化正十二烷基吡啶、溴化正十四烷基吡啶、氯化正十二烷基吡啶、溴化正环己基吡啶、氯化萘甲基喹啉、氯化萘甲基吡啶、氯化十六烷基吡啶)；
以及它们的混合物。
阴离子表面活性剂可包括但不限于:
硫酸盐，如烷基硫酸盐、烷基酯硫酸盐、烷基醚硫酸盐、烷基烷氧基酯硫酸盐、硫酸化烷酰胺、甘油酯硫酸盐，特别是脂肪醇的硫酸盐或脂肪醇的多氧烷基醚的硫酸盐，如十二烷基硫酸钠、月桂酸钠、月桂酸铵、十二烷基硫酸钾；
磺酸盐，如烷基磺酸、脂肪烷基苯磺酸盐、下烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、木质素磺酸盐、磺基羧酸类化合物，例如十二烷基苯磺酸钠、二辛基磺基琥珀酸钠、全氟辛烷磺酸(PFOS)、全氟丁烷磺酸；
磷酸盐，如烷基芳醚磷酸盐、烷基醚磷酸盐、脂肪醇的磷酸盐或十六烷基磷酸酯、磷酸二丁酯、十六烷基-10-磷酸盐等脂肪醇的聚氧乙烯醚等磷酸盐；
羧酸盐，例如脂肪醇的脂肪酸、酰基胺酸、乳酰化物和/或脂肪醇/聚氧乙烯醚的羧酸盐，如硬脂酸钠、植物油基阴离子表面活性剂(如棕榈油阴离子表面活性剂)、苯并烯醇-乳酸钠、异硬脂酰乳酸钠、己基乳酸钠、月桂酸钠-5羧酸盐，月桂-6羧酸钠，月桂酸钠-11羧酸盐；
和它们的混合物。
非离子表面活性剂可包括但不限于:
脂肪酸的酰胺或烷醇酰胺，即脂肪酸和胺或烷醇酰胺化合物之间的酰胺反应产物，例如椰子脂肪酸单乙醇酰胺(即N-甲基椰油脂肪乙醇酰胺)、椰子脂肪酸二乙醇酰胺、油酸二乙醇酰胺、棕榈油胺和植物油脂肪酸二乙醇酰胺等等。
两性表面活性剂可包括但不限于C6-C22烷基二烷基甜菜碱，C6-C22烷基酰胺类甜菜碱等。
在本发明的一个实施例中，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂，所述阴离子表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、月桂基硫酸钠、十二烷基硫酸铵、十二烷基硫酸钾的一种或几种。在本发明的一个实施例中，包括十二烷基硫酸钠。
在本发明的一个实施例中，所述十二烷基硫酸钠和3-噻吩-乙基-N,N-二甲基叔胺的质量分数比为1：1～3：1。
在本发明的一个实施例中，提供上述耐高温泡排剂组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1.制备CO2/N2开关响应型类物质：
a.向噻吩乙醇(2.00g)和三乙胺(2.61mL)的二氯甲烷溶液(30mL)中加入对甲苯磺酰氯(3.56g)进行反应；加入水(80mL)，并将溶液用二氯甲烷(3×30mL)萃取；混合有机萃取物，用硫酸钠干燥并真空浓缩，纯化残余物；
b.在氮气气氛下，向步骤a所得产物的无水丙酮(40mL)溶液中加入溴化锂(2.5g)，搅拌回流后，将混合物进行浓缩，纯化残余物；
c.向步骤b所得产物的四氢呋喃(40mL)溶液中加入三甲胺(10mL，甲醇溶液中占30％)搅拌，真空除去剩余溶液后萃取并洗涤干燥，得到目标产物3-噻吩-乙基-N,N-二甲基叔胺。
S2制备耐高温泡排剂组合物：
d.将阴离子表面活性剂、CO2/N2开关响应型物质按所需质量分数与水均匀混合，即得。
在本发明的一个实施例中，步骤a中的反应在室温下搅拌24小时，通过快速柱色谱法(10-20％乙酸乙酯/乙烷)纯化残余物。
在本发明的一个实施例中，步骤b中，搅拌回流温度为75℃，时间为12小时，浓缩条件为真空，并使用石油醚/乙酸乙酯(5：1)作为洗脱液，通过硅胶柱色谱法纯化残余物。
在本发明的一个实施例中，步骤c中，搅拌温度为70℃，搅拌时间为48小时，残余物用水/乙酸乙酯(1：1)萃取，水相用乙酸乙酯洗涤两次，并在真空下干燥。
以下实施例旨在进一步说明用于制备/表征式(I)CO2/N2开关响应型物质及其制备的CO2/N2开关响应型泡排剂组合物的方案，以及其用途，但并不旨在限制权利要求的范围。
实施例1：泡排体系1的制备，制备步骤
(1)CO2/N2开关响应型耐温叔胺的合成
a、向噻吩乙醇(2.00g)和三乙胺(2.61mL)的二氯甲烷溶液(30mL)中加入对甲苯磺酰氯(3.56g)，并将反应在室温下搅拌24小时；加入水(80mL)，并将溶液用二氯甲烷(3×30mL)萃取；混合有机萃取物，用硫酸钠干燥并真空浓缩；通过快速柱色谱法(10-20％乙酸乙酯/乙烷)纯化残余物；
b、在氮气气氛下，向步骤a所得产物的无水丙酮(40mL)溶液中加入溴化锂(2.5g)，将混合物在75℃下搅拌并回流12小时；之后，将混合物在真空下浓缩，并使用石油醚/乙酸乙酯(5：1)作为洗脱液，通过硅胶柱色谱法纯化残余物；
c、向步骤b所得产物的四氢呋喃(40mL)溶液中加入三甲胺(10mL，甲醇溶液中占30％)，将所得溶液在70℃下搅拌48小时；真空除去剩余溶液，残余物用10mL水/乙酸乙酯(1：1)萃取；将水相用乙酸乙酯洗涤两次，并在真空下干燥，得到目标产物3-噻吩-乙基-N,N-二甲基叔胺。
(2)智能响应型耐温泡排体系的制备
将阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(0.2g)、2-噻吩-二烷基二甲基叔胺(0.2g)按照质量比1：1溶解在水溶液(100mL)中，混合均匀得到泡排体系1，生成的泡沫在65℃环境下进行自然消泡。组分如表1所示。
实施例2：
泡排体系2的制备，制备步骤：
(1)CO2/N2开关响应型耐温叔胺的合成
a、向噻吩乙醇(2.00g)和三乙胺(2.61mL)的二氯甲烷溶液(30mL)中加入对甲苯磺酰氯(3.56g)，并将反应在室温下搅拌24小时；加入水(80mL)，并将溶液用二氯甲烷(3×30mL)萃取；混合有机萃取物，用硫酸钠干燥并真空浓缩；通过快速柱色谱法(10-20％乙酸乙酯/乙烷)纯化残余物；
b、在氮气气氛下，向步骤a所得产物的无水丙酮(40mL)溶液中加入溴化锂(2.5g)，将混合物在75℃下搅拌并回流12小时；之后，将混合物在真空下浓缩，并使用石油醚/乙酸乙酯(5：1)作为洗脱液，通过硅胶柱色谱法纯化残余物；
c、向步骤b所得产物的四氢呋喃(40mL)溶液中加入三甲胺(10mL，甲醇溶液中占30％)，将所得溶液在70℃下搅拌48小时；真空除去剩余溶液，残余物用10mL水/乙酸乙酯(1：1)萃取；将水相用乙酸乙酯洗涤两次，并在真空下干燥，得到目标产物3-噻吩-乙基-N,N-二甲基叔胺。
(2)智能响应型耐温泡排体系的制备
将阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(0.4g)、2-噻吩-二烷基二甲基叔胺(0.2g)按照质量比2：1溶解在水溶液(100mL)中，混合均匀得到泡排体系2，生成的泡沫在80℃环境下进行自然消泡。组分如表1所示。
实施例3：
泡排体系3的制备，制备步骤：
(1)CO2/N2开关响应型耐温叔胺的合成
a、向噻吩乙醇(2.00g)和三乙胺(2.61mL)的二氯甲烷溶液(30mL)中加入对甲苯磺酰氯(3.56g)，并将反应在室温下搅拌24小时；加入水(80mL)，并将溶液用二氯甲烷(3×30mL)萃取；混合有机萃取物，用硫酸钠干燥并真空浓缩；通过快速柱色谱法(10-20％乙酸乙酯/乙烷)纯化残余物；
b、在氮气气氛下，向步骤a所得产物的无水丙酮(40mL)溶液中加入溴化锂(2.5g)，将混合物在75℃下搅拌并回流12小时；之后，将混合物在真空下浓缩，并使用石油醚/乙酸乙酯(5：1)作为洗脱液，通过硅胶柱色谱法纯化残余物；
c、向步骤b所得产物的四氢呋喃(40mL)溶液中加入三甲胺(10mL，甲醇溶液中占30％)，将所得溶液在70℃下搅拌48小时；真空除去剩余溶液，残余物用10mL水/乙酸乙酯(1：1)萃取；将水相用乙酸乙酯洗涤两次，并在真空下干燥，得到目标产物3-噻吩-乙基-N,N-二甲基叔胺。
(2)智能响应型耐温泡排体系的制备
将阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(0.6g)、2-噻吩-二烷基二甲基叔胺(0.2g)按照质量比3：1溶解在水溶液(100mL)中，混合均匀得到泡排体系3，生成的泡沫在85℃环境下进行自然消泡。组分如表1所示。
实施例4：
泡排体系4的制备，制备步骤：
(1)CO2/N2开关响应型耐温叔胺的合成
a、向噻吩乙醇(2.00g)和三乙胺(2.61mL)的二氯甲烷溶液(30mL)中加入对甲苯磺酰氯(3.56g)，并将反应在室温下搅拌24小时；加入水(80mL)，并将溶液用二氯甲烷(3×30mL)萃取；混合有机萃取物，用硫酸钠干燥并真空浓缩；通过快速柱色谱法(10-20％乙酸乙酯/乙烷)纯化残余物；
b、在氮气气氛下，向步骤a所得产物的无水丙酮(40mL)溶液中加入溴化锂(2.5g)，将混合物在75℃下搅拌并回流12小时；之后，将混合物在真空下浓缩，并使用石油醚/乙酸乙酯(5：1)作为洗脱液，通过硅胶柱色谱法纯化残余物；
c、向步骤b所得产物的四氢呋喃(40mL)溶液中加入三甲胺(10mL，甲醇溶液中占30％)，将所得溶液在70℃下搅拌48小时；真空除去剩余溶液，残余物用10mL水/乙酸乙酯(1：1)萃取；将水相用乙酸乙酯洗涤两次，并在真空下干燥，得到目标产物3-噻吩-乙基-N,N-二甲基叔胺。
(2)智能响应型耐温泡排体系的制备
将阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(0.2g)、2-噻吩-二烷基二甲基叔胺(0.1g)按照质量比2：1溶解在水溶液(100mL)中，混合均匀得到泡排体系4，生成的泡沫在75℃环境下进行自然消泡。组分如表1所示。
实施例5：
泡排体系5的制备，制备步骤：
(1)CO2/N2开关响应型耐温叔胺的合成
a、向噻吩乙醇(2.00g)和三乙胺(2.61mL)的二氯甲烷溶液(30mL)中加入对甲苯磺酰氯(3.56g)，并将反应在室温下搅拌24小时；加入水(80mL)，并将溶液用二氯甲烷(3×30mL)萃取；混合有机萃取物，用硫酸钠干燥并真空浓缩；通过快速柱色谱法(10-20％乙酸乙酯/乙烷)纯化残余物；
b、在氮气气氛下，向步骤a所得产物的无水丙酮(40mL)溶液中加入溴化锂(2.5g)，将混合物在75℃下搅拌并回流12小时；之后，将混合物在真空下浓缩，并使用石油醚/乙酸乙酯(5：1)作为洗脱液，通过硅胶柱色谱法纯化残余物；
c、向步骤b所得产物的四氢呋喃(40mL)溶液中加入三甲胺(10mL，甲醇溶液中占30％)，将所得溶液在70℃下搅拌48小时；真空除去剩余溶液，残余物用10mL水/乙酸乙酯(1：1)萃取；将水相用乙酸乙酯洗涤两次，并在真空下干燥，得到目标产物3-噻吩-乙基-N,N-二甲基叔胺。
(2)智能响应型耐温泡排体系的制备
将阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(0.6g)、2-噻吩-二烷基二甲基叔胺(0.3g)按照质量比2：1溶解在水溶液(100mL)中，混合均匀得到泡排体系5，生成的泡沫在90℃环境下进行自然消泡。组分如表1所示。
对比例1～5
仅使用SDS(十二烷基硫酸钠)进行对比，使用量见表1。
实施例6：
参照SY/T6465-2000《泡沫排水采气用起泡剂评价方法》标准，测定泡排剂的起泡能力、泡沫稳定性、携液能力等性能。结果见表2所示。
表1实施例1～5及对比例1～5中泡排体系的组分
Figure BDA0003152443790000171
Figure BDA0003152443790000181
表2实施例1～5与对比例1～5中泡排体系的泡沫性能
泡排剂 罗氏起泡高度(mm) 5min泡沫高度(mm) 泡沫半衰期(s) 携液量(ml)
对比例1 265 252 118 86
对比例2 284 270 84 92
对比例3 301 292 67 96
对比例4 280 265 102 83
对比例5 295 283 55 95
1 257 236 340 83
2 276 258 351 87
3 284 272 376 91
4 263 239 325 79
5 280 267 361 90
本发明智能响应型耐温泡排体系的响应原理如图1所示。在响应前，表面活性剂均为中性，其相互作用为较弱的范德华相互作用，此时表面活性剂发挥其降低溶液表面张力的作用，全部分布于气液界面处，使得泡排体系具有良好的泡沫性能；在响应后，由于CO2的通入，叔胺分子发生质子化带正电，带负电的SDS分子和带正电的叔胺分子之间由于静电相互作用相互吸引形成阴阳离子对，团聚在溶液相中形成胶束，表面活性剂亲水能力增强，泡沫液膜处表面活性剂减少导致消泡速率的大幅提高，实现CO2智能响应。而Na+和HCO3 -相互结合形成NaHCO3。
该泡排体系在高温地层水中具有发泡性能好，半衰期长，携液性能好以及CO2/N2智能响应性能等性能，较好的解决了高温气井的排水采气问题，本发明的原料价格低廉且易于获得原料低毒低刺激性，生产制备简单，可应用于气井排水采气工业。
本发明表述方法是本领域的技术人员所熟知的。以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本发明未述及的部分借鉴现有技术即可实现。
需要说明的是，本领域技术人员在本发明的启示下所做出的等同替换均应当在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种CO2/N2开关响应型类物质，其特征在于，所述CO2/N2开关响应型类物质包括以下结构式(I)：
Figure FDA0003152443780000011
式(I)中，所述R1或R2相同或不同，各自独立地表示H原子、羟基、C1～C22的直链或支链状的烷基或芳基、C1～C10的环烷基、C1～C10的烷氧基或芳氧基，以及
n＝2～22。
2.根据权利要求1所述的CO2/N2开关响应型类物质，其特征在于，所述CO2/N2开关响应型类物质为3-噻吩-乙基-N,N-二甲基叔胺。
3.一种耐高温泡排剂组合物，包括如权利要求1所述的CO2/N2开关响应型类物质与表面活性剂。
4.根据权利要求3所述的耐高温泡排剂组合物，其特征在于，所述表面活性剂包括非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂中的一种。
5.根据权利要求4所述的耐高温泡排剂组合物，其特征在于，所述表面活性剂包括阴离子表面活性剂；优选地，所述阴离子表面活性剂包括硫酸盐表面活性剂、磺酸盐表面活性剂、磷酸盐表面活性剂、羧酸盐表面活性剂。
6.根据权利要求4所述的耐高温泡排剂组合物，其特征在于，所述阴离子表面活性剂包括烷基硫酸盐、烷基酯硫酸盐、烷基醚硫酸盐、烷基烷氧基酯硫酸盐、硫酸化烷醇酰胺、甘油酯硫酸盐；优选地，包括脂肪醇的硫酸盐或脂肪醇的聚氧乙烯醚。
7.根据权利要求4所述的耐高温泡排剂组合物，其特征在于，所述阴离子表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、月桂基硫酸钠、十二烷基硫酸铵、十二烷基硫酸钾的一种或几种。
8.根据权利要求3～6任一项所述的耐高温泡排剂组合物，其特征在于，所述表面活性剂和CO2/N2开关响应型类物质的质量分数比为1：1～3：1。
9.一种耐高温泡排剂组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.制备CO2/N2开关响应型类物质：
a.向噻吩乙醇和三乙胺的二氯甲烷溶液中加入对甲苯磺酰氯进行反应；加入水，并将溶液用二氯甲烷萃取；混合有机萃取物，用硫酸钠干燥并真空浓缩，纯化残余物；
b.在氮气气氛下，向步骤a所得产物的无水丙酮溶液中加入溴化锂，搅拌回流后，将混合物进行浓缩，纯化残余物；
c.向步骤b所得产物的四氢呋喃溶液中加入三甲胺搅拌，真空除去剩余溶液后萃取并洗涤干燥，得到CO2/N2开关响应型物质；
S2制备耐高温泡排剂组合物
d.将阴离子表面活性剂、所述CO2/N2开关响应型物质按所需质量分数与水均匀混合，即得。
10.根据权利要求9所述的耐高温泡排剂组合物的制备方法，其特征在于：步骤a中的反应在室温下搅拌24小时，通过快速柱色谱法(10-20％乙酸乙酯/乙烷)纯化残余物。
11.根据权利要求8所述的耐高温泡排剂组合物的制备方法，其特征在于：步骤b中，搅拌回流温度为75℃，时间为12小时，浓缩条件为真空，并使用石油醚/乙酸乙酯(5：1)作为洗脱液，通过硅胶柱色谱法纯化残余物。
12.根据权利要求8所述的耐高温泡排剂组合物的制备方法，其特征在于：步骤c中，搅拌温度为70℃，搅拌时间为48小时，残余物用水/乙酸乙酯(1：1)萃取，水相用乙酸乙酯洗涤两次，并在真空下干燥。
13.根据权利要求2～8任一项所述的耐高温泡排剂组合物在油气田排水采油气中的用途。
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