TW201728617A - 充當供增強型油回收應用之新穎可再生界面活性劑組成物的烷氧化－羧酸化之腰果殼液 - Google Patents

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Abstract

本發明包含製造烷氧化-羧酸化之腰果殼液界面活性劑之方法，其使用環氧丙烷(PO)和/或環氧乙烷(EO)將天然烷基酚加以烷氧化及之後進行羧甲基化反應。本發明之烷氧化-硫酸化之腰果殼液界面活性劑係藉易達成且成本有效的方法製得。本發明之天然疏水性界面活性劑可用於EOR應用，此處，其用於任意含有瀝青烯、蠟、環烷酸酯的油之溶解化和移動化，及用於環境清理。另一優點在於組成物係以可再生為基礎的界面活性劑，其無毒性且可生物分解。

Description

充當供增強型油回收應用之新穎可再生界面活性劑組成物的烷氧化-羧酸化之腰果殼液
本發明一般係關於油回收領域，且更特別地，係關於充當供增強型油回收(EOR)應用之包含以天然為基礎的烷氧化-羧酸化腰果酚和衍生物之界面活性劑組成物。
增強型油回收是指提高可自含烴的儲槽萃出之原油量的技術。先前技術中所用的方法包括氣體注射、水或蒸汽注射、化學品注射、微生物注射和熱方法。增強型油回收一般述於數篇文獻，例如：Speight, J. G. (2009) Enhanced Recovery Methods for Heavy Oil and Tar Sands, Gulf Publishing Company, Houston、Alvarado, V. and Manrique, E. (2010) Enhanced Oil Recovery - Field Planning and Development Strategies, Elsevier, Oxford、Sheng, J. J. (2011) Modern Chemical Enhanced Oil Recovery - Theory and Practice, Gulf Publishing Company, Houston。
用於化學增強型油回收之界面活性劑述於數篇文獻，例如：R. Zhang, J. Zhou, L. Peng, N. Qin, Z. Je Tenside Surf. Det. 50 (2013), 3, 214-218、R. Zhou, J. Zhao, X. Wang, Y. Yang Tenside Surf. Det. 50 (2013), 3, 175-181、J.-L. Salager, A. M. Forgiarini, J. Bullon J Surfact Deterg (2013) 16:449-472、J.-L. Salager, L. Marquez, L. Manchego, A. M. Forgiarini, J. Bullon J Surfact Deterg (2013) 16:631-663。
先前技術含有數種用於EOR方法之研究。
EP-0261867揭示其式如下的苯乙烯基芳氧基醚磺酸酯：
其中R1代表苯乙烯基且同時R2和R3相同或不同地代表氫或苯乙烯，或R1和R2不相同且各者代表甲基或苯乙烯基且同時R3代表氫或苯乙烯，n代表2至20的數 字，M代表銨或鹼金屬陽離子。這些化合物適合作為油回收中之界面活性劑輔助劑。
WO 2008/079855描述處理含烴地層(hydrocarbon containing formation)之組成物和方法，包含：(a)組成物提供至含烴地層的至少一部分，其中該組成物包含二級醇衍生物；和(b)使得該組成物與含烴地層中的烴反應。該發明另描述自含烴地層製得之組成物，包含來自含烴地層的烴和二級醇衍生物。
US-20090270281描述用於三次礦油萃取之界面活性劑混合物，其包含至少一種具有由12至30個碳原子所構成的烴基之界面活性劑和至少一種具有由6至11個碳原子所構成之支鏈烴基的輔助界面活性劑。根據Steinbrenner之發明，界面活性劑(A)與至少一種輔助界面活性劑(B)(其具有通式R2-O-(R3-O)n-R4，其中R2、R3和R4基團和數字n各者之定義如下：n是2至20，R2是支鏈烴基，其具有6至11個碳原子且平均支化度由1至2.5，R3各自獨立地為伸乙基或伸丙基，惟伸乙基和伸丙基-兩種類型的基團存在時-可以無規、交替或嵌段結構排列，R4是氫或選自基團-SO3H、-PO3H2、-R5-COOH、-R5-SO3H或-R5-PO3H2之基團或其鹽，其中R5是具有1至4個碳原子的二價烴基)以混合物形式使用。
EP-0149173提出三丁基酚醚環氧丙基磺酸酯和其於三次石油回收中之用途。
US 8,372,788提出用於增強型油回收應用之烷氧化-硫酸化苯乙烯基酚界面活性劑組成物。
WO 2013/159054提出大型疏水性四級銨界面活性劑於三次油回收程序中之用途。
EP-80855和WO 2012/146607提出以糖為基礎的複合物及其於增強型油回收之用途。
用於增強型油回收(EOR)，數種化學方法(如使用聚合物(P)、界面活性劑聚合物(SP)、鹼性界面活性劑聚合物(ASP)、鹼性界面活性劑(AS)、鹼性聚合物(AP)、界面活性劑鹼性泡沫(SAF)、界面活性劑聚合物凝膠(ASG)和鹼性輔助溶劑聚合物(ACP)系統)曾用於先前技術。SP、AS和ASP系統包含Alpha-烯烴磺酸酯、內-烯烴磺酸酯、烷基-芳基磺酸酯和烷基醚磺酸酯之使用。用於那些系統，可用的最高油槽溫度是約70℃。僅少數情況可為較高溫度。水鹽度應低於約35,000ppm。由於許多油井具有較高溫度和較高鹽度，所以此顯然有缺點。與化學品注射相關的問題包括許多油田的鹽度造成萃取效能較低。相關於所用化學品，許多油田的溫度過高，使得程序無效率。
除了高溫和/或高鹽度，先前技術的問題包括添加劑非成本有效和/或非以可再生為基礎。此外，目前所用的一些化學品可能具毒性和/或非可生物分解。此外，根據所須技術的狀態，要求改良物質的乳化和分散能力。
已經訝異地發現到烷氧化-羧酸化腰果殼液界 面活性劑(其中腰果殼液，主要是腰果酚(cardanol))用於增強型油回收(EOR)和其他市售重要應用將克服以上所列問題。該界面活性劑將於至高150℃的溫度和至高300,000ppm的高鹽度操作。其為可生物分解、無毒性並展現改良的乳化和分散能力。
圖1係包含0.15% C15-17 ABS(烷基苯磺酸鹽)、0.15%腰果酚-35PO-20EO硫酸鹽、0.15%丁二醇之系統的溶解圖。
【發明內容及實施方式】
一個具體實施例中，本發明提出一種界面活性劑組成物，其包含根據式(I)之化合物
其中R 是具15個C原子並具有1至3個雙鍵或經飽和的脂族烴，A 是CH2COOM，n 是0至70的數字，m 為0至150，且M 是羧酸基(carboxylate group)的相對離子。
另一具體實施例中，本發明提出一種製造式(I)之烷氧化-羧酸化腰果酚界面活性劑之方法，包含步驟：(i)在鹼性觸媒存在下，腰果殼液以n莫耳的環氧丙烷、m莫耳的環氧乙烷、或二者加以烷氧化，其中n對應於丙氧基的數目且範圍由0至70，其中m對應於乙氧基的數目且範圍由0至150和(ii)藉任何羧甲基化程序將烷氧化腰果殼液加以羧甲基化以製造烷氧化-羧酸化腰果酚界面活性劑。
式(I)中的烷基酚單元較佳地為腰果酚。腰果酚是一種來自腰果殼的天然產物，其中R通常包含35-45莫耳%三-不飽和的、18-28莫耳%二-不飽和的、30-40莫耳%單-不飽和的、和0-4莫耳%飽和的殘基。較佳者是41莫耳%三-不飽和的、22莫耳%二-不飽和的、34莫耳%單-不飽和的、和2莫耳%飽和的殘基。
n為較佳地介於1和60之間，更佳地介於2和50之間，特別佳地介於5和40之間且最佳地介於10和40之間的數字。
m為較佳地介於1和140之間，更佳地介於5和50之間，且最佳地介於10和40之間的數字。
較佳的具體實施例中，m是0且n是1至70的數字。另一較佳具體實施例中，n是0且m是1至150的數字。
另一較佳的具體實施例中，(n+m)是至少5， 較佳地至少7，更佳地至少10且最佳地至少15。
該組成物的一個態樣中，n選自0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、21、22、23、24、25、28、30、35、40、45、50、55、60、65或70，且m選自0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、15、16、18、20、21、22、23、24、25、28、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、90、100、110、120、130、140或150。
本發明之組成物的另一態樣中，m是0且n是選自1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、21、22、23、24、25、28、30、35、40、45、50、55、60、65或70。
本發明之組成物的另一態樣中，n是0且m選自1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、15、16、18、20、21、22、23、24、25、28、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、90、100、110、120、130、140或150。
特定具體實施例中，n是30至40，較佳地35且m是15至25，較佳地20。
較佳地，M選自由H、Na、K、Mg、Ca、Li、Sr、Cs和NH4所組成之群組。較佳具體實施例中，式(I)中的M是指Na、K、Mg、Ca和NH4。
較佳地，式(I)之化合物含有乙氧基和丙氧基(alkoxylate)區段，即，係烷氧基物嵌段。
羧甲基化反應較佳地藉溫和的羧甲基化程序進行，如，藉以氯乙酸或氯乙酸鈉鹽加以羧甲基化。
上述n、m、R和M的意義亦可用於該方法。
較佳具體實施例中，該鹼性觸媒選自由KOH、NaOH、NaOMe、NH4OH、LiOH、Ca(OH)2、Sr(OH)2、CaO、Cs(OH)2、Mg(OH)2或其任何組合所組成之群組。
本發明的一個較佳具體實施例係針對製造具有式(I)之烷氧化-羧酸化腰果酚界面活性劑之方法，其中n=30-40，較佳為35，m=15-25，較佳為20，A=SO3M且M=Na，其包含步驟：(i)在NaOMe或任何其他適當的鹼性觸媒存在下，腰果酚以環氧丙烷(PO)加以丙氧化以形成丙氧化的腰果酚(腰果酚-PO)，其中該腰果酚：PO的莫耳比是1：(30至40)，較佳地1：35；(ii)在NaOMe或任何其他鹼性觸媒存在下，丙氧化的腰果酚以環氧乙烷(EO)加以乙氧化以形成腰果酚-PO-EO，其中該腰果酚-PO：EO的莫耳比是1：(15至25)，較佳地1：20；和(iii)腰果酚-35PO-20EO藉氯乙酸羧甲基化程序加以羧甲基化，以製造具有式(I)之烷氧化-羧酸化腰果殼液界面活性劑。
式(I)之組成物可被採用於增強型油回收 (EOR)、環境地下水清理、原油乳液裂解、和其他以界面活性劑為基礎的應用。採用是指EO和PO基團的數目經選擇，以提供有效用於增強型油回收(EOR)、環境地下水清理、原油乳液裂解、和其他以界面活性劑為基礎的應用的式(I)之組成物。
一個態樣中，經由用於增強型油回收(EOR)、環境地下水清理、原油乳液裂解、和其他以界面活性劑為基礎的應用之PO和EP比的最佳化，採用式(I)之烷氧化-羧酸化腰果酚界面活性劑。用於增強型油回收應用，PO/EO莫耳比較佳地為(1.5-2.5)：1，更佳地為約2：1。
本發明的另一具體實施例揭示用於用於增強型油回收(EOR)、環境地下水清理、原油乳液裂解、和其他以界面活性劑為基礎的操作之組成物，其包含一或多種式(I)之組成物、一或多種鹼性產生劑、和溶劑，其中該烷氧化-羧酸化腰果酚界面活性劑和鹼性產生劑係溶於溶劑中。
較佳地，該鹼性產生劑包含選自鹼土金屬氫氧化物、NaOH、NaOMe、LiOH、KOH、NH4OH、Na2CO3、NaHCO3、NaOAc、CaCO3、Na-偏硼酸鹽、Na-矽酸鹽、Na-正矽酸鹽、EDTANa4、其他聚羧酸酯中之至少一種組份或其任何組合。
較佳地，該溶劑包含選自水、硬鹽水、硬水、含聚合物之溶液、氣體泡沫中之至少一種組份或其任何組合。又另一態樣中，經由PO和EO比之最佳化，該 組成物單獨、在鹼性界面活性劑聚合物調合物中或在界面活性劑聚合物調合物中用於EOR應用。一個較佳的具體實施例中，用於增強型油回收應用之組成物所包含的PO和EO之莫耳比較佳為(1.5-2.5)：1，更佳為約2：1。一個態樣中，該組成物含有0.1重量%至5重量%的一或多種鹼性產生劑。
另一態樣中，用於增強型油回收(EOR)、環境地下水清理、原油乳液裂解、和其他以界面活性劑為基礎的操作之組成物用於原油的EOR，其中原油包含富含烷烴的原油、富含瀝青烯的原油或其組合和混合物。又另一態樣中，此組成物用於自含烴地層(hydrocarbon bearing formation)(其具有高含量之富含瀝青烯的原油)之EOR。這些申請案的較佳具體實施例中，所用式(I)之化合物的n=30-40，較佳地35，m=15-25，較佳地20，且M=Na。
又另一具體實施例中，本發明描述一種自含烴地層增強油回收(EOR)之方法，其包含步驟：將包含式(I)之化合物之組成物於25至150℃的溫度注入含烴地層中，其中式(I)之組成物存在於水、硬水或硬鹽水中，並包含介於0.01至5重量%的一或多種鹼性產生劑；及注射聚合物溶液或氣體泡沫以回收該油。此方法中，式(I)之化合物可以單獨、以鹼性界面活性劑聚合物(ASP)調合物形式或以氣體泡沫形式使用。將此聚合物溶液稱為“推擠(push)”溶液。
本發明的另一具體實施例係關於自含烴地層回收富含瀝青烯和烷烴的原油之方法，其包含將式(I)之化合物於25至150℃的溫度注入含烴地層的步驟，其中式(I)之組成物存在於水、硬水或硬鹽水中，並包含超過0.01-5重量%的一或多種鹼性產生劑；及注射聚合物溶液或氣體泡沫以回收該油。此方法中，式(I)之化合物可以單獨、以鹼性界面活性劑聚合物(ASP)調合物形式或以氣體泡沫形式使用。將此聚合物溶液稱為“推擠”溶液。
本發明中之ASP調合物係包含根據式I之化合物和聚合物溶液及鹼性化合物之調合物。此聚合物被用以提高溶液的黏度。此鹼性化合物用以提供高於7，較佳地8-14的pH值。
本發明描述用於增強型油回收(EOR)應用之新穎之以可再生為基礎的組成物。此處所描述之組成物較佳地為烷氧化-硫酸化腰果殼液界面活性劑。腰果殼液(CNSL)主要由腰果酚、自漆樹酸得到的酚系液體、腰果加工之非食物競爭的可再生廢流所組成。腰果酚可以在樹脂、塗料、摩擦材料和界面活性劑之化學工業中作為以水為基礎的墨之顏料分散劑。腰果酚一詞是指藉任何天然生成的漆樹酸之熱分解而得之經去羧酸化的衍生物。因為側鏈之組成隨其不飽和程度而改變，所以此包括超過一種化合物。
式(II)出示腰果酚烯基/烷基側鏈的化學異質性。該烯基/烷基側鏈由15個C原子(其約35-45莫耳% 為三-不飽和、18-28莫耳%為二-不飽和、30-40莫耳%為單-不飽和和0-4莫耳%為飽和殘基)所組成。較佳者係41莫耳%三-不飽和、22莫耳%二-不飽和、34莫耳%為單-不飽和和2莫耳%飽和殘基。
確實組成視來源和腰果殼生長區域而改變。腰果酚的物理性質與壬基酚相仿。腰果酚係疏水性且於極低溫維持彈性和液態。其凍點低於-20℃，其密度為0.930g/mL，在減低壓力(10mmHg)下於225℃沸騰。腰果酚易自市面購得，係天然極具疏水性之混合物。其係酚並因此而易以環氧烷(如環氧丙烷(PO)、環氧乙烷(EO)或二者)加以烷氧化。烷氧化處理之後，烷氧化的腰果酚可經硫酸化以製造用於EOR應用之極有效且有效率的陰離子界面活性劑。
已發現根據式I之化合物，特別是腰果酚-35PO-20EO-羧酸化物形式，是用於將原油溶於鹽水中之 極佳的界面活性劑。因為天然腰果殼液界面活性劑疏水部分的高烯基/烷基-芳族本質，所以本發明的該界面活性劑對於含有瀝青烯和烷烴的原油具有極高的親和性，因此能夠增強自含烴地層回收富含瀝青烯和烷烴的原油。
使用式(I)之化合物的有利技術效果源自於獨特的混雜天然C15烯基和烷基側鏈(式(I)中的R部分)分佈作為疏水部分的一部分，其尺寸可藉環氧烷(如PO)加成而獲進一步增進。藉一樣大的EO嵌段與陰離子性羧酸基合併而平衡優良的疏水性以達到界面活性劑所欲的親水-親脂平衡(HLB)。
通常，大的疏水性陰離子本質上較不溶於含水介質，須使用輔助溶劑，但輔助溶劑會提高最佳鹽度。具有良好水溶性的式(I)之化合物解決此問題，同時維持高表面活性。因此，可以省卻或儘量降低對於用於改良界面活性劑調合物之水溶性的輔助溶劑之須求。輔助溶劑，若使用的話，可用於其他目的，如改良中間相的黏度、促進更快的平衡等。
官能化的醇之羧甲基化係製造陰離子界面活性劑之最廣用的方法之一。因此，可用於高溫儲槽EOR應用之新穎系列的陰離子界面活性劑可資利用。羧甲基化，憑藉其簡單程度，是在界面活性劑中摻雜陰離子官能性之最便利的方法。
本發明可用於含括低至高溫條件的任何應用(如表面或接近表面處理、鑽孔或增強型油回收)，如，被 油和其他有機溶劑污染的地下水之環境清理。此外，式(I)之化合物可用於清理和蓄水層補救工作。
用於腰果酚之烷氧化反應的一般程序：1L烷氧化反應高壓鍋中引入腰果酚並以甲基化鈉溶液鹼化至1.5mg KOH/g物質的鹼值。高壓鍋以氮加以惰化，測試壓力並加熱至125℃。氮壓調整至0.8-1.0bar和最高130℃，計算量的環氧烷加至最高壓力為3.5bar。最終添加環氧烷之後，反應高壓鍋於130℃加熱直到壓力維持恆定。
用於丙氧化腰果酚之乙氧化反應的一般程序：1L烷氧化反應高壓鍋中引入丙氧化腰果酚並以甲基化鈉溶液鹼化至2.5mg KOH/g物質的鹼值。高壓鍋以氮加以惰化，測試壓力並加熱至135℃。將氮壓調整至0.8-1.0bar和最高140℃，計算量的環氧乙烷加至最高壓力為4.5bar。最終添加EO之後，反應高壓鍋於140℃加熱直到壓力維持恆定。
烷氧化腰果酚之硫酸化反應的一般程序：烷氧化腰果酚之羧甲基化反應的一般程序：1L反應槽中引入烷氧化腰果酚並加熱至80℃。添加氯乙酸鈉鹽，之後添加等莫耳量的NaOH，且反應混合物加熱至110℃ 8小時。之後，將產物冷卻至常溫。
除非另外聲明，否則百分比是指重量%。
處理含烴地層和/或井筒之方法中，所謂“處 理”包括使用此技術中已知的任何適當方式(如將化學品抽取、注射、傾倒、釋出、置換、移動、或循環至井、井筒、或含烴地層中)將化學品(如，氟化學品、陽離子性聚合物、或腐蝕抑制劑)置於含烴地層中。
文中所謂“原油”含括，但不限於，油質材料，如油田沉積物、油頁岩、重油沉積物等中發現者。“原油”通常是指天然生成的烴之混合物，其可被精製成柴油、氣油、加熱油、噴射燃料、煤油、和被稱為石化產品的許多其他產物。原油根據其含量和來源命名，且根據其單位重量(比重)而分類。相較於輕(或低硫)原油，重質原油在燃燒時產生更多的熱，但具有較低的API重力和市場價格。
不同油田之“原油”的外觀和黏度極為不同。顏色、氣味、和所含性質亦不同。在所有的原油基本上是烴的同時，性質差異，特別是分子結構變化，決定了“原油”是否容易製造、抽取、和精製。此變化甚至影響其用於某些產品的適用性和這些產品的品質。根據其所含烴的本質，“原油”被粗略地分為三種：(i)以烷烴為基礎的原油：這些含有於室溫為固體的較高分子量烷烴，但極少或沒有瀝青質物質。它們可製造高級潤滑油，(ii)以瀝青烯為基礎的原油：這些含有大比例的瀝青質物質，和極少或沒有烷烴。一些主要是環烷烴，因此所得的潤滑油對於溫度和pH變化比以烷烴為 基礎的原油更敏感，和(iii)以混合物為基礎的原油：這些含有烷烴和環氧烷，及芳族烴。大部分的原油歸為此類。
化學驅油方法(chemical flooding method)(如鹼性界面活性劑聚合物驅油或界面活性劑聚合物驅油)可包括，但不限於將長鏈聚合物分子子(如聚丙烯酸酯、聚丙烯醯胺、部分水解的聚丙烯醯胺或聚醣)與注射的水混合以將水黏度提高至接近儘可能接近油黏度的程度。因為改良水/油移動比，所以此方法改良直立和表面掃略效率。“聚合物”可包括，但不限於具有基本上包括多個自相對低分子量的分子衍生之重複單元之結構的分子。
相行為程序：
相行為篩選：使用相行為實驗定出用於EOR之化學品的特性。使用相行為作為篩選方法有許多優點。相行為研究用以定出：(1)電解質的影響；(2)油溶解度，界面張力(IFT)降低，(3)微乳液密度；(4)界面活性劑和微乳液黏度；(5)聚結次數；(6)鑑別最佳界面活性劑-輔助溶劑調合物；和/或(7)鑑別用於原油驅油(coreflood)研究之最佳調合物。
可以油、水和界面活性劑混合物形成熱動力 安定相。界面活性劑於高於臨界微胞濃度(CMC)之濃度形成微胞結構。乳液在油-水界面聚結成分離相並被稱為微乳液。微乳液是富含界面活性劑的不同相，其由界面活性劑、油和水和可能的輔助溶劑和其他組份所組成。此相於指定溫度將回到相體積，所以被視為熱動力安定。過去，一些嫻於此技術者添加額外的要求，但用於此工程研究之目的，唯一的要求是微乳液為熱動力安定相。
藉由使除了掃描變數以外的所有變數維持固定而檢測相轉變。掃描變數隨著一系列吸管而改變並可包括，但不限於，鹽度、溫度、化學品(界面活性劑、醇、電解質)、油(其有時藉其對等烷碳數(EACN)定出特徵)、和界面活性劑結構(其有時藉其親水-親脂平衡(HLB)定出特徵)。相轉變首先由Winsor(1954)分成三個區段：類型I-過量的油相、類型III-含水、微乳液和油相及類型II-過量的含水相。相轉變範圍和一些常見術語如以下描述：類型I至III-較低的臨界鹽度，類型III至II-較高的臨界鹽度，油溶解度比(Vo/Vs)、水溶解度比(Vw/Vs)、溶解值(此處，油和水溶性比相等被稱為最佳溶解度比(σ*))、和電解質濃度(此處將發生最佳溶解度比的情況視為最佳鹽度(S*))。
測定界面張力(IFT)：進行相行為掃描時，有效地使用時間和實驗資源可得到有價值的結果。Healy和Reed(1976)提出油和水溶性比之間的關聯性且之後由Chun Huh(1979)推論出理論關係。最低的油-水IFT發 生於最佳溶解度，此如Chun Huh理論所示者。藉Chun Huh等式，此等於界面張力，其中IFT隨著溶解度比的倒數平方而改變：
就大部分的原油和微乳液而言，C=0.3是良好的約略值。因此，迅速和方便估計IFT的方法係測定相行為及使用Chun-Huh等式計算IFT。介於微乳液和水和/或油之間的IFT極難測定並因此而導致較大的誤差，因此使用相行為研究以篩選界面活性劑、輔助界面活性劑、輔助溶劑、電解值、油等的數百種組合不僅較為快速，同時也避免與測量問提和測定IFT(特別是行為複雜的組合(凝膠等))相關的誤差且可以任何方式篩除。一旦確認調合物具有所欲性質，謹慎測定其IFT。
設備：藉以下材料和設備進行相行為實驗。
物質平衡：物質平衡可用於測定混合物之化學品及定出原油的初始飽和值。
水去離子化劑：使用NonopureTM過濾系統，製備經去離子化(DI)的水用於所有實驗溶液。此濾器使用再循環幫浦並偵測水的電阻率以得知離子被移除的時間。水通過0.45微米濾器以在使用之前消除所不欲的粒子和微生物。
硼矽酸鹽吸管：使用具0.1mL標記的標準10mL硼矽酸鹽吸管進行相行為掃描及以水溶液進行稀釋實驗。端點使用丙烷和氧焰密封。
吸管重覆器：Eppendorf Repeater Plus®儀器用於大部分的吸取。此為手持分佈器，其經校正，以傳輸介於25微升和1mL之間的增量。使用拋棄式尖端以防止物料之間的污染及使其易於操作和具有一致性。
丙烷-氧炬：丙烷和氧氣之混合物經由Bernz-O-Matic火焰噴嘴導引以創造約0.5英吋長的熱焰。此火炬用於火焰密封相行為實驗中所用的玻璃吸管。
對流恆溫烤箱：使用數個對流恆溫烤箱醞釀於儲槽溫度的相行為和原油驅油實驗(core flood experiment)。相行為吸管主要維持於以溫度計監測的Blue M and Memmert烤箱中並測定烤箱溫度以確保記錄之間的溫度變動維持於最小。使用大流率烤箱進行大部分的原油驅油實驗且有助於儲槽溫度注射和收集流體。
pH計：使用配備pH電極的ORION research model 701/數位離子分析儀測定大多數含水樣品的pH以得到更準確的讀數。此經4.0、7.0和10.0 pH緩衝溶液校正。用於pH的初略測定，數滴採樣的液體用於指示紙。
相行為計算：由自相行為吸管取得的界面測定計算油和水的溶解度比。在混合物達平衡及初時形成之任何巨乳液的體積降低或消失的期間內，長時間記錄這些界面。將於下文中討論用於進行相行為實驗的程序。
油溶解度比：油溶解度比定義為微乳液中之溶解的油的體積除以界面活性劑的體積。所有的界面活性 劑被假設為乳液相。此油溶解度比施用於Winsor類型I和類型III行為。由初始含水高度和過量的油(頂部)界面高度之間的改變得知溶解的油的體積。油溶解參數之計算如下：
σO=油溶解度比
VO=溶解的油的體積
Vs=界面活性劑的體積
水溶解度比：水溶解度比定義為微乳液中之溶解的水的體積除以界面活性劑的體積。所有的界面活性劑被假設為乳液相。此水溶解度比施用於Winsor類型III和類型II行為。由初始含水高度和過量的水(底部)界面高度之間的改變得知溶解的水的體積。水溶解參數之計算如下：
σw=水溶解度比
Vw=溶解的水的體積
Vs=界面活性劑的體積
最佳溶解度比：最佳溶解度比發生於油和水溶解度相等時。相行為篩選的粗略本質通常不包括最佳的數據點，因此繪出關於油和水溶解之溶解曲線且繪出這兩個曲線的交點用於油水溶解及這兩個曲線的交點定義為最佳者。以下為真實的最佳溶解度比：σO=σW=σ* (4)
σ*=最佳溶解度參數
相行為方法論：用於創造、測定和記錄觀察之方法述於此段落。使用以下描述的多種電解質混合物進行掃描。油加至大部分的含水界面活性劑溶液中以觀察是否形成微乳液、若形成的話，形成和平衡所耗的時間、形成何種類型的微乳液及其一些性質(如黏度)。但是，未添加油之含水混合物的行為亦重要且在一些情況中亦用以決定含水溶液是否長時間澄清和安定，轉成霧狀或分離成多於一相。
樣品之製備：先製備界面活性劑原料溶液及使其與鹽水原料溶液合併而製得相行為樣品以觀察混合物在鹽度範圍內的行為。所有實驗係於或高於0.1重量%活性界面活性劑濃度(此高於界面活性劑的典型CMC)進行。
溶液製備：界面活性劑原料係基於活性界面活性劑(和輔助界面活性劑，若摻雜的話)的重量百分比。界面活性劑、輔助界面活性劑、輔助溶劑和去離子水(DI)的質量在天平上測得並使用磁攪拌棒混入玻璃瓶中。將添加次序和添加的確實質量及最終溶液的pH記錄於混合單上。製備具有用於進行掃描所須重量百分比濃度的鹽水溶液。
界面活性劑原料：欲測試的化學品先混入濃縮原料溶液(通常由主要界面活性劑、輔助溶劑和/或輔助界面活性劑和去離子水所組成)中。基於活性及相對於總溶液的重量百分比計算所添加的化學品的量。初步實驗於 約1-3%活性界面活性劑，使得假設在最佳鹽度的溶解度比為至少10時，中間微乳液相的體積大至足以準確測定。
聚合物原料：通常這些原料相當黏稠且難吸取，因此根據改良操作的容易度，以去離子水稀釋。僅由那些界面活性劑調合物製得之具聚合物之混合物展現良好的相行為並有利於額外進行原油驅油測試之研究。因此，因為只進行與界面活性劑的相容性之最終評估，所以包括聚合物之掃描受到限制。
吸取程序：使用Eppendorf Repeater Plus®或類似的吸取儀器，相行為組份依體積添加至10mL吸管中。界面活性劑和鹽水原料與DI水混入有標籤的吸管中並在攪拌之前到達溫度。幾乎所有的相行為實驗初時以1：1的水油比(WOR)進行，其含括混合2mL的含水相和2mL經評估的原油或烴，且據此混合不同的WOR實驗。典型的相行為掃描由10-20支吸管所組成，各個吸管被視為系列中的一個數據點。
添加順序：由於濃度通常數倍高於最終濃度，所以須將組份之添加列入考量。因此，建立順序以防止與濃縮電解質直接接觸的界面活性劑或聚合物所產生的負面影響。藉以下順序合併原料，得到所欲樣品組成物：(1)電解質原料；(2)去離子水；(3)界面活性劑原料； (4)聚合物原料；和(5)原油或烴。排除陷在吸管底部的任何氣泡(添加界面活性劑之前，以避免形成氣泡)。
初步觀察：一旦組份加至吸管中，靜置足夠的時間使得所有的流體下流。之後，在添加油之前，記錄含水流體高度。這些測定標記在記錄單上。數日之間將高度和介面記錄於這些文件上且必要時列印出更多的記錄單。
密封和混合：吸管以氮氣覆蓋以防止存在的任何揮發性氣體因為火焰密封程序而被點燃。之後以丙烷-氧炬密封此管以防止在置於烤箱中時，額外的揮發物耗損。吸管排列於架上以符合掃描變數之改變。一旦相行為掃描具足夠時間以達到儲槽溫度(15-30分鐘)，吸管數度反轉以提供足夠的混合。藉由觀察液滴尺寸及混合物的均勻度如何，觀察吸管以低張力混合的情況。之後，使溶液長時間平衡並記錄界面高度以定出平衡時間和界面活性劑性能。
測定和觀察：使得相行為實驗在設定於用於待測試的原油之儲槽溫度的烤箱中平衡。週期地記錄吸管中的流體高度並且長時間觀察相行為趨勢。當流體高度停留於讀取樣品之誤差範圍內時，視為平衡行為。
流體界面：流體界面是相行為實驗之最關鍵的要素。自此，測定相體積並計算溶解度比。在掃描自油於水中之微乳液轉變成水於油中之微乳液時，記錄頂和底 界面。在初次攪動之後的一天取得初期讀數及若迅速聚結則有時在攪動數小時內取得讀數。之後於提高的時間間隔(例如，一天，四天，一週，兩週，一個月等)取得測定結果，直到達到平衡。
實例：
自前述Chun-Huh式計算的IFT：
通常，將10cc/cc或更高的溶解度比視為反映系統具有超低IFT。

Claims (23)

  1. 式(I)化合物 其中R 是具15個C原子並具有1至3個雙鍵或經飽和的脂族烴，A 是CH2COOM，n 是0至70的數字，m 為0至150，且M 是羧酸基(carboxylate group)的相對離子。
  2. 如申請專利範圍第1項之化合物，其中n是1至60的數字。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之化合物，其中m是1至140的數字。
  4. 如申請專利範圍第1項之化合物，其中n是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、21、22、23、24、25、28、30、35、40、45、50、55、60、65或70。
  5. 如申請專利範圍第1項之化合物，其中m是0且n是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、21、22、23、24、25、28、30、35、40、45、50、55、60、65或70。
  6. 如申請專利範圍第1項之化合物，其中m是 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、15、16、18、20、21、22、23、24、25、28、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、90、100、110、120、130、140或150。
  7. 如申請專利範圍第1項之化合物，其中n是0且m是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、15、16、18、20、21、22、23、24、25、28、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、90、100、110、120、130、140或150。
  8. 如申請專利範圍第1項之化合物，其中n是30至40，較佳地35，且m是15至25，較佳地20。
  9. 如申請專利範圍第1-2和4-8項中任一項之化合物，其中M係選自由H、Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、和NH4所組成之群組。
  10. 一種製造如申請專利範圍第1至9項中之任一項之化合物之方法，包含在鹼性觸媒存在下，以1至70莫耳環氧丙烷和1至150莫耳環氧乙烷將包含腰果酚(cardanol)的腰果殼液加以烷氧化，及之後將該烷氧化的腰果酚加以羧甲基化之步驟。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中羧甲基化反應係藉由使烷氧化的腰果酚與氯乙酸反應的方式進行。
  12. 如申請專利範圍第10或11項之方法，其中該鹼性觸媒係KOH、NaOH、NaOMe、LiOH、NH4OH、SrOH2、CaOH2或其任何組合。
  13. 如申請專利範圍第10或11項之方法，其中該環氧乙烷單元的數目是15至25，較佳地20，且環氧丙烷單元的數目是30至40，較佳地35。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其包含步驟：-在KOH或任何其他適當的鹼性觸媒存在下，腰果酚以環氧丙烷(PO)加以丙氧化以形成丙氧化的腰果酚，其中該腰果酚：PO的莫耳比是1：(30至40)，較佳地1：35；-在KOH或任何其他鹼性觸媒存在下，丙氧化的腰果酚以環氧乙烷(EO)加以乙氧化以形成腰果酚-PO-EO，其中該腰果酚-PO：EO的莫耳比是1：(15至25)，較佳地1：20；和-腰果酚-PO-EO藉氯乙酸或其鹽加以羧甲基化，羧甲基化程序製造具有式腰果酚-PO-EO-CH2COO-M之烷氧基羧酸化腰果酚界面活性劑。
  15. 一種組成物，其包含至少一種如申請專利範圍第1至9項中之一或多項之化合物、一或多種鹼性產生劑、和溶劑，其中該至少一種如申請專利範圍第1至9項中之一或多項之化合物和一或多種鹼性產生劑係溶於溶劑中。
  16. 如申請專利範圍第15項之組成物，其中該一或多種鹼性產生劑包含鹼土金屬氫氧化物、NaOH、NaOMe、LiOH、KOH、NH4OH、Na2CO3、NaHCO3、NaOAc、CaCO3、Na-偏硼酸鹽、Na-矽酸鹽、Na-正矽酸鹽、EDTANa4、其他聚羧酸酯或其任何組合。
  17. 如申請專利範圍第15或16項之組成物，其中該溶劑包含水、硬鹽水、硬水、含聚合物之溶液、氣體泡沫或其任何組合。
  18. 如申請專利範圍第15或16項之組成物，其中該組成物含有0.1至5重量%的鹼性產生劑。
  19. 一種自含烴地層(hydrocarbon bearing formation)增強油回收(EOR)之方法，其包含步驟：將包含如申請專利範圍第1-9項中之一或多項之化合物之組成物於25至150℃的溫度注入含烴地層，其中該如申請專利範圍第1-9項中之一或多項之化合物存在於水、硬水或硬鹽水中，並包含超過0.05重量%的一或多種鹼性產生劑；及注射聚合物溶液或氣體泡沫以回收該油。
  20. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該一或多種鹼性產生劑包含鹼土金屬氫氧化物、NaOH、NaOMe、LiOH、KOH、NH4OH、Na2CO3、NaHCO3、NaOAc、CaCO3、Na-偏硼酸鹽、Na-矽酸鹽、Na-正矽酸鹽、EDTANa4、其他聚羧酸酯或其任何組合。
  21. 如申請專利範圍第19或20項之方法，其中該含烴地層包含一或多種以烷烴為基礎的原油、以瀝青烯為基礎的原油、以環烷酸酯為基礎的原油、或其組合和混合物。
  22. 一種自含烴地層回收以烷烴為基礎、以瀝青烯為基礎、以環烷酸酯為基礎的原油或其組合和混合物之方法，其包含步驟： 將包含如申請專利範圍第1-9項中之一或多項之化合物之組成物於25至150℃的溫度注入含烴地層，其中該如申請專利範圍第1-9項中之一或多項之化合物存在於水、硬水或硬鹽水中，並包含超過0.05重量%的一或多種鹼性產生劑；及注射聚合物溶液或氣體泡沫以回收該油。
  23. 如申請專利範圍第22項之方法，其中該一或多種鹼性產生劑包含鹼土金屬氫氧化物、NaOH、NaOMe、LiOH、KOH、NH4OH、Na2CO3、NaHCO3、NaOAc、CaCO3、Na-偏硼酸鹽、Na-矽酸鹽、Na-正矽酸鹽、EDTANa4、其他聚羧酸酯或其任何組合。
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