專利名稱：耐高溫高鹽雙磺酸鹽雙子表面活性劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐高溫高鹽雙磺酸鹽雙子表面活性劑及其制備方法，特別是關(guān)于 N，N-雙脂肪?；范谆岫垩跻蚁┟央p磺酸鹽及其制備方法
背景技術(shù)：
化學(xué)驅(qū)是三次采油的主要方法，而表面活性劑驅(qū)被認(rèn)為是可以較大幅度提高采收率、適用范圍廣、最具發(fā)展前景的一種化學(xué)劑。表面活性劑無(wú)論是作為主劑還是作為助劑驅(qū)油，對(duì)大幅度提高采收率均起到不可估量的作用。使用表面活性劑能提高原油采收率的主要機(jī)理是在油田進(jìn)入高含水期后，剩余油以不連續(xù)的油膜被圈閉在油藏巖石的孔隙中，作用于油珠上的兩個(gè)主要力是粘滯力和毛細(xì)管力，如果選用合適的表面活性劑體系，降低油水間的界面張力，使儲(chǔ)油層油水間的界面張力從20 30mN/m降至較低或超低值(10_3 10_4mN/m)，便能減少使剩余油移動(dòng)時(shí)油珠變形所帶來(lái)的阻力，從而大幅提高驅(qū)油效率。表面活性劑驅(qū)提高原油采收率主要決定于表面活性劑在油層中的波及效率和驅(qū)油效率。艮Er = E υ .Ed式中Er表示采收率，表示波及效率，％;Ed表示驅(qū)油效率，％。因此，提高Er必須從提高Ev和Ed入手?；钚詣?包括表面活性劑和堿)由于具有降低油水界面張力等作用，能夠提高Ed(驅(qū)油效率)。這一效應(yīng)可由綜合效應(yīng)參數(shù)毛管數(shù) (N)來(lái)描述Ed κ NN=驅(qū)動(dòng)力/粘滯力^ μ · υ/Yow式中μ表示注入相粘度；u表示注入相液流速度 ’Yov表示油水間界面張力。實(shí)踐已證明，要有效地降低殘余油飽和度，必須將毛管數(shù)提高3 4個(gè)數(shù)量級(jí)。由于油層注入量和壓力有限，因此單靠提高μ和u是不夠的，但可以將油水界面張力Y。J_ 低3個(gè)或更高的數(shù)量級(jí)，從而大大提高毛管數(shù)并使E d (驅(qū)油效率)顯著提高，這也是活性劑主要的驅(qū)油機(jī)理。而要提高波及效率，主要辦法是減小驅(qū)替液的流度，這一點(diǎn)可以通過(guò)加入聚合物增加驅(qū)替液粘度來(lái)實(shí)現(xiàn)。在三采作業(yè)中，運(yùn)用ASP三元復(fù)合驅(qū)驅(qū)油體系，通過(guò)加入表面活性劑可以得到油水間的超低界面張力使驅(qū)油效(Ed)率增加，通過(guò)注入聚合物以增加注入液粘度提高波及效率(Ev)，注入堿以減少表面活性劑的吸附。充分利用ASP有益的協(xié)同組合效應(yīng)，提高原油采收率(Er)。國(guó)外三次采油用的表面活性劑工業(yè)化產(chǎn)品主要有兩大類一是石油磺酸鹽為主的表面活性劑，二是烷基苯磺酸鹽為主的表面活性劑，這兩類表面活性劑原料都取自原油，原料來(lái)源廣、數(shù)量大，因而也是國(guó)外三次采油用量最大的表面活性劑。由于磺酸鹽類表面活性劑為陰離子型，它與二價(jià)陽(yáng)離子(地層水中的Ca2+、Mg2+等)會(huì)發(fā)生沉淀，當(dāng)Ca2+、Mg2+超過(guò) 300 μ g/g時(shí)便失去驅(qū)油效果。為此，國(guó)外還在繼續(xù)開(kāi)發(fā)研究適合高含鹽、高Ca2+、Mg2+離子地層用的表面活性劑，包括多官能團(tuán)的表面活性劑、雙子表面活性劑以及犧牲劑的研究，并且注重各種表面活性劑的復(fù)配研究。石油磺酸鹽是真正大量用作驅(qū)油劑的表面活性劑，這是由于石油磺酸鹽具有以下優(yōu)點(diǎn)①生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低；②來(lái)源于原油，降低界面張力能力強(qiáng)。但石油磺酸鹽耐鹽性差，吸附損耗較大，且由于原料組成復(fù)雜，不同批次產(chǎn)品性能差異大等原因限制了其進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用。因此對(duì)于高溫高鹽油藏石油磺酸鹽不適用。陰-非離子兩性表 面活性劑近年來(lái)一直是三次采油(EOR)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一， 由于其分子結(jié)構(gòu)中將兩種不同性質(zhì)的非離子基團(tuán)和陰離子基團(tuán)設(shè)計(jì)在同一個(gè)表面活性劑分子中，使其兼具陰離子和非離子表面活性劑的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、性能優(yōu)良，因此顯示了良好的應(yīng)用前景，尤其針對(duì)無(wú)堿存在的二元復(fù)合驅(qū)體系，由于沒(méi)有堿的存在不但避免了油層的堵塞、結(jié)垢和腐蝕等問(wèn)題，而且能與原油形成超低界面張力。而雙子表面活性劑是由兩個(gè)親水基團(tuán)、兩個(gè)疏水基團(tuán)和一個(gè)連接基鍵合而成的特殊結(jié)構(gòu)化合物，比傳統(tǒng)表面活性劑具有更為優(yōu)良的性能。雙子表面活性劑具有臨界膠束濃度低、降低界面張力能力強(qiáng)、能耐較高礦化度以及獨(dú)特的流變性和粘彈性-增粘作用等特征，是一類極富應(yīng)用前景的提高采收率用表面活性劑，為油田的三次采油開(kāi)辟新的途徑。早在20世紀(jì)20年代末30年代初的專利申請(qǐng)中，德格魯特(De Groot)就曾提出水溶性表面活性劑有助于提高石油的采收率。目前，國(guó)內(nèi)研究開(kāi)發(fā)的主要雙子表面活性劑主要是陽(yáng)離子雙季銨鹽型，如中國(guó)專利CN 1528853、CN 1817431、CN 1066137等相繼報(bào)道了雙酰胺型陽(yáng)離子型、含氟陽(yáng)離子型及含吡啶基陽(yáng)離子雙子表面活性劑。由于陽(yáng)離子具有吸附損耗大、成本高等缺點(diǎn)，近年來(lái)陰離子型和非離子型雙子表面活性劑的研究開(kāi)發(fā)也得到了越來(lái)越多的重視，如中國(guó)專利CN 101073757報(bào)道了一種陰離子不對(duì)稱雙子的合成。而由于陰離子型表面活性劑具有耐鹽性差，而非離子型具有耐溫性差的缺點(diǎn)，使得這些產(chǎn)品無(wú)法在高溫高鹽油藏的得到應(yīng)用。另外，現(xiàn)有的三元復(fù)合驅(qū)油體系中，含有高濃度的堿，如氫氧化鈉、碳酸鈉等，在使用過(guò)程中，對(duì)地層和油井等帶來(lái)巨大的傷害，所使用的表面活性劑不易被生物降解，且對(duì)人體也有一定的危害性，如1991年，趙國(guó)璽在《表面活性劑物理化學(xué)》P495 ； 1994年，劉程在 《表面活性劑大全》P35中所公開(kāi)的內(nèi)容。所以針對(duì)那些苛刻油藏，我們理應(yīng)尋求一種在無(wú)堿、高溫(地層溫度大于85°C )、高鹽(礦化度40000mg/L以上)條件下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并能與原油形成10_3 l(T4mN/m超低界面張力，有效提高原油采收率的表面活性劑驅(qū)油體系。本發(fā)明所述的正是這種在無(wú)堿情況下，適合于高溫高鹽油藏的陰-非雙子表面活性劑、其制備方法、二元復(fù)合及其在三次采油中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題之一是現(xiàn)有技術(shù)中含表面活性劑的驅(qū)油劑存在高溫高鹽條件下驅(qū)油效率差，使用濃度高以及三元復(fù)合驅(qū)中堿對(duì)地層和油井帶來(lái)的腐蝕和積垢?jìng)Φ膯?wèn)題，提供一種新的雙子型N，N-雙脂肪?；范谆岫垩跻蚁┟央p磺酸鹽。含N，N-雙脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚雙磺酸鹽的表面活性劑組合物在無(wú)堿、高溫高鹽條件下仍能與原油形成10_3 10_4毫牛/米超低界面張力，提高高溫高鹽油藏采收率。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題之二是提供一種與解決技術(shù)問(wèn)題之一相對(duì)應(yīng)的N， N-雙脂肪?；范谆岫垩跻蚁┟央p磺酸鹽的制備方法。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題之一，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種N，N-雙脂肪?；范谆岫垩跻蚁┟央p磺酸鹽，其分子通式為
權(quán)利要求
1.一種N，N-雙脂肪?；范谆岫垩跻蚁┟央p磺酸鹽，其分子通式為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述N，N-雙脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚雙磺酸鹽，其特征在于所述的R1的碳原子數(shù)為九、十一、十三、十五或十七。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述N，N-雙脂肪?；范谆岫垩跻蚁┟央p磺酸鹽，其特征在于所述的R2的碳原子數(shù)為二、四或六。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N，N-雙脂肪?；范谆岫垩跻蚁┟央p磺酸鹽， 其特征在于所述的R1碳數(shù)加1之和，與EO數(shù)η的比值在2 4之間。
5.權(quán)利要求1所述的N，N-雙脂肪?；范谆岫垩跻蚁┟央p磺酸鹽的制備方法，包括以下步驟(a)N, N-雙脂肪?；范谆岬闹苽鋵⑺枧浔鹊奶兼湐?shù)為10 18的脂肪酸、二氯亞砜和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)在 70 100°C反應(yīng)2 5小時(shí)，減壓抽出過(guò)量的二氯亞砜，得到的透明液體即為碳鏈數(shù)為10 18的脂肪酰氯丄；另將所需配比的碳數(shù)為2 6的二胺、甲基丙烯酸甲酯和溶劑1，4_ 二氧六環(huán)混合均與后，在40 70°C反應(yīng)2 5小時(shí)，減壓去除未反應(yīng)的原料及溶劑得二胺二甲基丙酸甲酯1，以堿溶液調(diào)節(jié)PH = 9 10，劇烈攪拌下滴加丄，再于40 70°C反應(yīng)2 6 小時(shí)，得N，N-雙碳鏈數(shù)為10 18脂肪?；范谆峒柞?，加入所需量的乙醇，以堿溶液調(diào)節(jié)PH = 11 12，回流反應(yīng)2 6小時(shí)，酸化后得N，N-雙碳鏈數(shù)為10 18脂肪酰基二胺二甲基丙酸；其中，制備1時(shí)，碳鏈數(shù)為10 18的脂肪酸、二氯亞砜和N，N- 二甲基甲酰胺的摩爾比為1 1.0 2.0 0.03 0. 1 ；制備2時(shí)，溶劑為1，4_ 二氧六環(huán)，用量為碳鏈數(shù)為2 6的二胺質(zhì)量的3 6倍，碳鏈數(shù)為2 6的二胺與甲基丙烯酸甲酯的摩爾比為1 1.0 4.0;制備2時(shí)，碳鏈數(shù)為10 18的脂肪酰氯與碳鏈數(shù)為2 6二胺二甲基丙酸甲酯的摩爾比為1.9 2. 5 1;制備N，N-雙碳鏈數(shù)為10 18脂肪?；范谆釙r(shí)，乙醇用量為碳鏈數(shù)為2 6的二胺質(zhì)量的5 10倍。(b)N，N-雙脂肪?；范谆岫垩跻蚁┟训闹苽洳襟E(a)所合成的N，N-雙碳鏈數(shù)為10 18脂肪?；范谆岷铜h(huán)氧乙烷按所需配比在反應(yīng)溫度為85 160°C，壓力小于0. SOMPa表壓條件下，鈣的堿性化合物為催化劑，反應(yīng)得N，N-雙碳鏈數(shù)為10 18脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚。其中，N， N-雙碳鏈數(shù)為10 18脂肪酰基二胺二甲基丙酸與環(huán)氧乙烷摩爾比為1 4 14，催化劑用量為N，N-雙碳鏈數(shù)為10 18脂肪?；范谆豳|(zhì)量的0. 5 5. 0%。(c)N，N-雙脂肪?；范谆岫垩跻蚁┟央p磺酸鹽的制備將步驟(b)所合成的N，N-雙碳鏈數(shù)為10 18脂肪?；范谆岫垩跻蚁┟寻此枧浔扰c3-氯-2-羥基丙磺酸鈉、氫氧化鉀或氫氧化鈉和四丁基溴化銨催化劑混合， 以甲苯為溶劑，在反應(yīng)溫度50 130°C，反應(yīng)3 15小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)后處理得N，N-雙脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚雙磺酸鹽。其中，N，N-雙碳鏈數(shù)為10 18脂肪酰基二胺二甲基丙酸二 聚氧乙烯醚、3-氯-2-羥基丙磺酸鈉、氫氧化鉀或氫氧化鈉和四丁基溴化銨的摩爾比=1 2 6 2 8 0.05 0.3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種耐高溫高鹽雙磺酸鹽雙子表面活性劑及其制備方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中含表面活性劑的驅(qū)油劑存在高溫高鹽條件下驅(qū)油效率差、使用濃度高以及三元復(fù)合驅(qū)中堿對(duì)地層和油井帶來(lái)的腐蝕和積垢?jìng)Φ膯?wèn)題。本發(fā)明通過(guò)采用含有分子通式為的N，N-雙脂肪?；范谆岫垩跻蚁┟央p磺酸鹽，其中M為選自鉀、鈉或鋰中的任意一種等金屬離子，R1為C9～C17的烷基，R2為C2～C6的烷基，n為乙氧基團(tuán)EO的加合數(shù)，其取值范圍為2～7中的任意一個(gè)整數(shù)的技術(shù)方案，較好地解決了該問(wèn)題，可用于油田的三次采油生產(chǎn)中。
文檔編號(hào)C07C303/32GK102219897SQ20101014714
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者孫文彬, 張衛(wèi)東, 李應(yīng)成, 沈之芹 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司上海石油化工研究院