專利名稱：一種兩性離子表面活性劑在三次采油中的應(yīng)用、該表面活性劑的制備方法及應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)驅(qū)三次采油領(lǐng)域，具體地說是一種兩性離子表面活性劑在三次采 油中的應(yīng)用、該表面活性劑的制備方法及應(yīng)用方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)驅(qū)三次采油已經(jīng)成為提高原油采收率的關(guān)鍵技術(shù)手段之一，表面活性劑是化 學(xué)驅(qū)三次采油中應(yīng)用最為廣泛的化學(xué)助劑，其原理是通過向驅(qū)油液中加入表面活性劑以降 低油/水界面張力，從而增大毛細(xì)管數(shù)，將原油從巖石上剝離脫落下來，并協(xié)助原油在巖石 喉孔或縫隙進(jìn)行運(yùn)移，從而達(dá)到提高原油采收率的目的。石油磺酸鹽是目前三次采油中應(yīng)用最為廣泛的表面活性劑。然而，在此類產(chǎn)品在 室內(nèi)和礦場(chǎng)試驗(yàn)均存在一系列問題，如產(chǎn)品性能不穩(wěn)定、抗鹽、耐溫性差，界面張力依賴于 強(qiáng)堿性環(huán)境或配方體系，與不同油藏流體配伍性差等。而且，石油磺酸鹽往往需要在強(qiáng)堿 性條件下才能油/水界面張力達(dá)到超低，因此在使用過程通常需要加入大量的無機(jī)堿類物 質(zhì)，如氫氧化鈉、碳酸鈉等。但是，此類強(qiáng)堿性物質(zhì)的加入往往導(dǎo)致油田采油設(shè)備的腐蝕和 地層結(jié)垢，為三次采油帶來一系列新的問題或困難。三次采油技術(shù)的發(fā)展對(duì)表面活性劑的要求越來越高，不僅要求它具有好的界面張 力和低的吸附損耗值，而且要求它與油藏流體配伍性好，產(chǎn)品性能高效、穩(wěn)定，原料價(jià)廉易得。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種兩性離子表面活性劑在 三次采油中的應(yīng)用技術(shù)。此類兩性離子表面活性劑在極低濃度、高溫、高鹽，弱堿性環(huán)境等 條件下即可使油/水界面張力降到較低或超低。本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)任務(wù)是提供上述表面活性劑的一種制備方法。本發(fā)明的再一個(gè)技術(shù)任務(wù)是提供上述表面活性劑在三次采油中的應(yīng)用方法。本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是按以下方式實(shí)現(xiàn)的由下述結(jié)構(gòu)式(I)表示的兩性離子表面活性劑化合物在三次采油中的應(yīng)用，
<formula>formula see original document page 3</formula>
(I )其中R是含8 18個(gè)碳的飽和或不飽和脂肪烷基鏈；R1, R2各自獨(dú)立地是含1 3個(gè)亞甲基的烷基或羥乙基基團(tuán)；X-為 COCT 或 SOf。
制備結(jié)構(gòu)式(I)所表示兩性離子表面活性劑化合物的方法如下以脂肪烷基胺和 季銨化試劑為合成原料，在溶劑中通過季銨化反應(yīng)得到主要成分為結(jié)構(gòu)式(I)所示化合物 的粗產(chǎn)品，脂肪烷基胺與季銨化試劑的摩爾比為R，1彡R彡2，所述季銨化試劑為鹵代烷基羧酸鈉或鹵代烷基磺酸鈉，所述溶劑為有機(jī)溶劑或有機(jī)溶劑_水的混合物，反應(yīng)溫度為70 90°C，反應(yīng)時(shí)間為8 15小時(shí)。所述脂肪烷基胺可以是單一的一種胺，也可以是兩種或兩種以上胺的混合物。所述有機(jī)溶劑_水的混合物中，水與有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為0.1 10。所述有機(jī)溶劑為醇類有機(jī)溶劑，如乙醇、異丙醇、正丁醇等?？梢詫⒔Y(jié)構(gòu)式如(I)所示化合物純品應(yīng)用于三次采油中，其應(yīng)用方法為將該化 合物用油田現(xiàn)場(chǎng)水或模擬水配制成溶液，即可作為驅(qū)油液使用，所述溶液中結(jié)構(gòu)式如(I)所示的兩性離子表面活性劑化合物的濃度范圍為 0. 0005%^ C^ 1% (質(zhì)量百分比)；溶液的礦化度為2000 100000mg/L ；溶液中鈣鎂高 價(jià)離子含量為ο 10000mg/L ；溶液的PH值為7 9。為了降低成本，還可以將主要成分為結(jié)構(gòu)式(I)所示化合物的粗產(chǎn)品直接應(yīng)用于 三次采油中，其應(yīng)用方法為將該粗產(chǎn)品用油田現(xiàn)場(chǎng)水或模擬水配制成溶液，即可作為驅(qū)油 液使用，所述溶液中粗產(chǎn)品的濃度范圍為0. 0005%^ C^ 1% (質(zhì)量百分比)；溶液的礦化度 為2000 100000mg/L ；溶液中鈣鎂高價(jià)離子含量為0 10000mg/L ；溶液的pH值為7 9。上述溶液條件下的原油/水的界面張力在80°C高溫時(shí)仍可達(dá)到10_3mN/m數(shù)量級(jí)。上述溶液中主要為鈣鎂離子，也可能含有微量鐵、鋅、鋁等等自來水中本身就含有 的離子。上述驅(qū)油液的使用方法與現(xiàn)有技術(shù)中驅(qū)油液在三次采油中的使用方法相同。本發(fā)明的兩性離子表面活性劑化合物一方面具有原料來源廣泛、成本低廉、制備 過程簡(jiǎn)單、易于規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)等特點(diǎn)，另一方面，具有較好的耐溫性，優(yōu)良的抗鹽性及耐 鈣鎂等二價(jià)離子的能力，與不同油藏環(huán)境均具有良好的配伍性，尤其是僅需在弱堿性環(huán)境 條件下即可使油_水界面張力降至超低。將其應(yīng)用于三次采油中時(shí)，在極低濃度(0. 0005 % ^C^ 1%)、高溫、高鹽，弱堿性環(huán)境等條件下即可使油/水界面張力降到較低或超低，可 用于高溫、高礦化度油藏，并能克服陰離子與非離子表面活性劑復(fù)配時(shí)的色譜分離效應(yīng)，而 且不易造成采油設(shè)備的腐蝕或結(jié)垢，具有良好的應(yīng)用前景。


附圖1是C18DMB的表面張力-濃度關(guān)系圖；附圖2是不同濃度C18DMB的動(dòng)態(tài)界面張力行為；附圖3是2500mg/L C18DMB現(xiàn)場(chǎng)水溶液與不同區(qū)塊油樣的動(dòng)態(tài)界面張力行為。
具體實(shí)施例方式參照說明書附圖以具體制備實(shí)施例、實(shí)驗(yàn)例對(duì)本發(fā)明作以下詳細(xì)地說明。
制備實(shí)施例一(主要成分C12DMB)將正十二烷基二甲胺213. 4g(lmol)、氯乙酸鈉128. 2g(l. lmol)、乙醇500mL、水 IOOOmL置于5L反應(yīng)器，機(jī)械攪拌，加熱到80°C，反應(yīng)8小時(shí)停止反應(yīng)，即得到目標(biāo)化合物的
粗廣品。制備實(shí)施例二 (主要成分C14DMB)將正十六烷基二甲胺241. 5g(lmol)、3_溴丙烷磺酸鈉242.4g(l. 2mol)、異丙醇 IOOOmLdjC IOOOmL置于5L反應(yīng)器，機(jī)械攪拌，加熱到80°C，反應(yīng)10小時(shí)停止反應(yīng)，即得到目 標(biāo)化合物的粗產(chǎn)品。制備實(shí)施例三(主要成分C16DM0B)將正十六烷基二羥乙基胺329. 6g (lmol)、氯乙酸鈉128.2g(l. lmol)、異丙醇 1500mL、水IOOOmL置于5L反應(yīng)器，機(jī)械攪拌，加熱到80°C，反應(yīng)10小時(shí)停止反應(yīng)，即得到目 標(biāo)化合物的粗產(chǎn)品。制備實(shí)施例四(主要成分C18DMB)將正十八烷基二甲胺297. 5g(lmol)、氯乙酸鈉128. 2g(l. lmol)、乙醇500mL、水 IOOOmL置于5L反應(yīng)器，機(jī)械攪拌，加熱到83°C，反應(yīng)9小時(shí)停止反應(yīng)，即得到目標(biāo)化合物的
粗廣品。制備實(shí)施例五(主要成分C12/C14-DMB)將正十二烷基二甲胺213. 4g(Imol)、正十四烷基二甲胺241. 4g(Imol)、氯乙酸鈉 256. 4g(2. 2mol)、乙醇1500mL、水IOOOmL置于5L反應(yīng)器，機(jī)械攪拌，加熱到82°C，反應(yīng)10 小時(shí)停止反應(yīng)，即得到目標(biāo)化合物的粗產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)例一(C18DMB的臨界膠束濃度的測(cè)定):利用Krilss KlOO型全自動(dòng)表面張力儀進(jìn)行臨界膠束濃度的測(cè)定。以勝利油田III類油藏模擬水(礦化度32868mg/L ； [Ca2+] + [Mg2+] :873mg/L)作 為溶劑，將制備實(shí)施例四所得粗產(chǎn)品配制成起始母液，測(cè)定其35°C時(shí)表面張力張力(Y)隨 溶液濃度(C)變化的曲線，測(cè)試結(jié)果如附圖1所示。通過對(duì)曲線中的兩個(gè)直線段部分在Y IgC半對(duì)數(shù)坐標(biāo)下進(jìn)行擬合可求得表面 活性劑的臨界膠束濃度(CMC)，即兩條直線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的濃度，其CMC值為1.03mg/L，相應(yīng)的 表面張力Y ο為34. 57mN/m。因此，產(chǎn)品具有極低的CMC和良好的表面活性，是一種高效的 表面活性劑，有望在極低濃度下發(fā)揮表面或界面活性的作用。實(shí)驗(yàn)例二(不同濃度C18DMB溶液的動(dòng)態(tài)油/水界面張力):利用Texas-500型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀進(jìn)行界面張力的測(cè)定。在模擬勝利油田III類油藏條件下(III類油藏現(xiàn)場(chǎng)鹽水，80°C，礦化度32868mg/ L ； [Ca2+]+ [Mg2+] :500mg/L)，利用勝利油田坨-28區(qū)塊原油，研究不同C18DMB濃度(C，mg/L) 的動(dòng)態(tài)油水界面張力行為(制備實(shí)施例四所得粗產(chǎn)品)。如圖2所示，在無需額外加堿條件 下，極低濃度的C18DMB溶液即可迅速使界面張力達(dá)到10_4mN/m數(shù)量級(jí)，隨著C18DMB濃度的 增大，達(dá)到超低超低界面張力所需要的平衡時(shí)間先減小后增加，平衡界面張力值有逐漸升 高的趨勢(shì)。7. 5、25、50和75mg/L C18DMB樣品平衡界面張力可達(dá)到10_4mN/m數(shù)量級(jí)，達(dá)到平 衡界面張力后的數(shù)分鐘內(nèi)，由于超低界面張力的作用，細(xì)絲狀油柱被拉斷為數(shù)段；100、250、 750mg/L C18DMB樣品平衡界面張力上升到10_3mN/m數(shù)量級(jí)，達(dá)到平衡張力后，細(xì)絲狀油柱同樣被拉斷為數(shù)段；1000和2500mg/L C18DMB樣品平衡界面張力分別達(dá)到10_2和liTmN/m 數(shù)量級(jí)。由于其在極低濃度下便可使界面張力達(dá)到超低，因此有望大大降低表面活性的使 用濃度，從而大幅度節(jié)約成本。另一方面，隨著C18DMB濃溶液逐漸被地層水稀釋或被地層 所吸附，C18DMB溶液濃度逐漸下降，其界面張力將可能進(jìn)一步降低，從而有利于驅(qū)油過程。實(shí)驗(yàn)例三(不同區(qū)塊原油與C18DMB溶液的動(dòng)態(tài)油/水界面張力):利用Texas-500型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀進(jìn)行界面張力的測(cè)定。由于不同油田礦場(chǎng)原油組分的差別，甚至是同一礦場(chǎng)不同油井的油樣的也存在 差別，常常導(dǎo)致同一種活性劑無法適用于多個(gè)油藏或區(qū)塊，因此針對(duì)不同礦場(chǎng)或井組往往 需要進(jìn)行大量的活性劑篩選或者是配方研究。我們利用勝利油田坨六站現(xiàn)場(chǎng)水(礦化度 17435mg/L，其中鈣鎂離子含量475mg/L，pH = 7. 10)，以其為溶劑配制2500mg/L C18DMB (制 備實(shí)施例四所得粗產(chǎn)品)現(xiàn)場(chǎng)水溶液(pH = 8.0士0. 1)，油樣為勝利油田不同采油廠脫水 原油，共計(jì)8種，其中包括勝坨、孤島、孤東、海上、濱南、尚店、埕東等。在80°C條件下測(cè)試 了 2500mg/LC18DMB現(xiàn)場(chǎng)水溶液與上述不同區(qū)塊脫水原油的動(dòng)態(tài)界面張力行為。如圖3所 示，不同來源的原油在7分鐘后均能達(dá)到10_3mN/m的超低油水界面張力，其中油樣為oil 1-6時(shí)，動(dòng)態(tài)界面張力可在數(shù)分鐘內(nèi)達(dá)到平衡界面張力，隨后保持不變，平衡張力值超低，在 10_3mN/m數(shù)量級(jí)；油樣為oil 7和8時(shí)，動(dòng)態(tài)界面張力在數(shù)分鐘內(nèi)可達(dá)到10_2mN/m數(shù)量級(jí)并 達(dá)到平衡，平衡數(shù)分鐘后，由于油絲很快被拉斷為數(shù)段，張力值不能進(jìn)一步降低。上述實(shí)驗(yàn) 結(jié)果表面，C18DMB與不同區(qū)塊原油作用差別不大，均可達(dá)到或接近超低，具有良好的油藏配 伍性。
權(quán)利要求
由下述結(jié)構(gòu)式(I)表示的兩性離子表面活性劑在三次采油中的應(yīng)用，其中R是含8～18個(gè)碳的飽和或不飽和脂肪烷基鏈；R1，R2各自獨(dú)立地是含1～3個(gè)亞甲基的烷基或羥乙基基團(tuán)；X-為COO-或SO3-。F2010100116067C00011.tif
2.制備結(jié)構(gòu)式(I)所表示兩性離子表面活性劑的方法，其特征在于以脂肪烷基胺和季銨化試劑為合成原料，在溶劑中通過季銨化反應(yīng)得到主要成分為結(jié) 構(gòu)式(I)所示化合物的表面活性劑粗產(chǎn)品，脂肪烷基胺與季銨化試劑的摩爾比為R，1 ≤R ≤ 2 ； 所述季銨化試劑為商代烷基羧酸鈉或商代烷基磺酸鈉； 所述溶劑為有機(jī)溶劑或有機(jī)溶劑_水的混合物； 反應(yīng)溫度為70 90°C，反應(yīng)時(shí)間為8 15小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備方法，其特征在于所述脂肪烷基胺為單一的一種胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備方法，其特征在于所述脂肪烷基胺為兩種或兩種以上胺的 混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備方法，其特征在于所述有機(jī)溶劑_水的混合物中，水與有機(jī) 溶劑的質(zhì)量比范圍為0.1 10。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備方法，其特征在于所述有機(jī)溶劑為醇類有機(jī)溶劑。
7.結(jié)構(gòu)式如(I)所示的兩性離子表面活性劑在三次采油中的應(yīng)用方法，其特征在于， 將該表面活性劑用油田現(xiàn)場(chǎng)水或模擬水配制成溶液，即可作為驅(qū)油液使用，所述溶液中結(jié)構(gòu)式如(I)所示的兩性離子表面活性劑的濃度范圍為<formula>formula see original document page 2</formula> (質(zhì)量百分比)；溶液的礦化度為2000 100000mg/L ；溶液中鈣鎂高價(jià)離子含 量為0 10000mg/L ；溶液的pH值為7 9。
8.權(quán)利要求2所述主要成分為結(jié)構(gòu)式(I)所示化合物的表面活性劑粗產(chǎn)品在三次采油 中的應(yīng)用方法，其特征在于，將該粗產(chǎn)品用油田現(xiàn)場(chǎng)水或模擬水配制成溶液，即可作為驅(qū)油 液使用，所述溶液中粗產(chǎn)品的濃度范圍為(質(zhì)量百分比)；溶液的礦化度為 2000 100000mg/L ；溶液中鈣鎂高價(jià)離子含量為0 10000mg/L ；溶液的pH值為7 9。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種結(jié)構(gòu)如式(I)所示的兩性離子表面活性劑在三次采油中的應(yīng)用、該表面活性劑的制備方法及應(yīng)用方法，屬于化學(xué)驅(qū)三次采油領(lǐng)域。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明涉及的兩性離子表面活性劑應(yīng)用于三次采油中時(shí)，在極低濃度、高溫、高鹽，弱堿性環(huán)境等條件下即可使油/水界面張力降到較低或超低，可用于高溫、高礦化度油藏，并能克服陰離子與非離子表面活性劑復(fù)配時(shí)的色譜分離效應(yīng)，而且不易造成采油設(shè)備的腐蝕或結(jié)垢，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C07C303/22GK101798274SQ20101001160
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月6日
發(fā)明者馮玉軍, 孫換泉, 宋新旺, 張繼超, 曹緒龍, 李彬, 李振泉, 楚宗霖, 郭淑鳳, 韓一秀 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院