一種一鍋法制備雙子表面活性劑的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種一鍋法制備雙子表面活性劑的方法，屬于有機(jī)化學(xué)合成領(lǐng)域。本發(fā)明以有機(jī)酸、N,N?二甲氨基類化合物、鹵代醇為原料，離子液體為催化劑，多元醇為溶劑，通過一鍋法合成雙子表面活性劑；與傳統(tǒng)制備雙子表面活性劑的兩步法相比，該方法制備工藝簡單，操作簡便，能耗小，成本低，非常適合于工業(yè)生產(chǎn)。將得到的雙子表面活性劑作為稠化劑制備油田清潔壓裂液，具有耐溫耐剪切性能好，攜砂性能好，無需加入破膠劑，無需反排等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
_種_鍋法制備雙子表面活性劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種一鍋法制備雙子表面活性劑的方法，屬于化學(xué)合成技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓裂技術(shù)是提高低滲透油氣藏生產(chǎn)能力和油氣井采收率的重要手段，而壓裂液是 影響壓裂效果的關(guān)鍵因素。近年來，清潔壓裂液由于低傷害、低殘?jiān)?、低污染、耐高溫等?yōu)點(diǎn) 引起了人們的關(guān)注，而制備清潔壓裂液關(guān)鍵在于作為稠化劑的雙子表面活性劑的制備。
[0003] 目前雙子表面活性劑的制備都是通過兩步法來實(shí)現(xiàn)的，首先硬脂酸與N，N_二甲胺 基丙胺在乙醇鈉催化下升溫至130-140°C反應(yīng)6-12h，冷卻至室溫得到相應(yīng)的酰胺中間體； 然后得到的酰胺中間體再與1，3_二氯-2-丙醇在異丙醇和水的混合溶劑中加熱至70-80°C 反應(yīng)6h得到雙子表面活性劑（"精細(xì)石油化工進(jìn)展"，2011，12卷，10期，5-8)。但是這種合成 方法存在著不足:反應(yīng)經(jīng)歷升溫-冷卻-再升溫的過程，導(dǎo)致整個(gè)反應(yīng)過程中能量消耗大，成 本高;此外，兩步法反應(yīng)操作也較為復(fù)雜。因此，急需對雙子表面活性劑的制備方法進(jìn)行改 進(jìn)，滿足工業(yè)生產(chǎn)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種工藝簡單、能耗小、成本低的雙 子表面活性劑的制備方法。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一鍋法制備雙子表面活性劑的方法通過以下步驟 實(shí)現(xiàn)：
[0006] 1)將兩種或多種有機(jī)酸、N，N_二甲氨基類化合物、鹵代醇、堿性催化劑以及溶劑加 入到反應(yīng)釜中，升高溫度至40-60°C，攪拌反應(yīng)1-2小時(shí)；
[0007] 2)繼續(xù)升高溫度至60-80 °C，攪拌反應(yīng)6-12h;
[0008] 3)繼續(xù)升高溫度至90-130°C，攪拌反應(yīng)6-12h，即可得到雙子表面活性劑;所述有 機(jī)酸包括但不限于以下物質(zhì)：甲酸、乙酸、丙酸、草酸、苯磺酸、RiCOOH，心=苯基，環(huán)己基， CnH2n+i，n = 14-22;
[0009] 所述的N，N-二甲氨基類化合物的結(jié)構(gòu)式為：
[0011] 所述的鹵代醇包括1，3-二氯-2-丙醇，1，3-二溴-2-丙醇；
[0012] 所述的溶劑為乙二醇、丙二醇、丁二醇、丙二醇、丙三醇或其組合；
[0013] 所述的催化劑選：[BMHCBF4、[BMni]PF6、[BMHCOH、[BDBU]BF4、[BDBU]PF 6、[HDBU] BF4、[ HDBU ] PF6、[ ODBU ] BF4、[ ODBU ] PF6;
[0014] 所述有機(jī)酸:N，N-二甲氨基類化合物的投料摩爾比在1:0.2-0.8;所述有機(jī)酸:堿 性催化劑的投料摩爾比在100-120:1之間;所述有機(jī)酸：鹵代醇的投料摩爾比在0.8-1.2:1; 所述溶劑的加入量為反應(yīng)物總質(zhì)量的10-20%。
[0015] 本發(fā)明以有機(jī)酸、N，N_二甲氨基類化合物與鹵代醇為原料，離子液體為催化劑，多 元醇為反應(yīng)溶劑通過一鍋法來合成雙子表面活性劑。其反應(yīng)原理如下:在離子液體和多元 醇的作用下，N，N_二甲氨基類化合物與鹵代醇在較低溫度下首先發(fā)生反應(yīng)，得到相應(yīng)的中 間體;然后中間體再與有機(jī)酸在較高溫度下反應(yīng)生成雙子表面活性劑。該原理與傳統(tǒng)兩步 法相反，因此解決了傳統(tǒng)合成方法中先升溫反應(yīng)-再冷卻至室溫-再升溫反應(yīng)帶來的能耗過 大的問題，節(jié)約了成本;此外，本方法還具有催化劑使用量少，反應(yīng)過程簡單，操作更加簡便 等優(yōu)點(diǎn)，因此非常適合于工業(yè)生產(chǎn)。將得到的雙子表面活性劑作為稠化劑制備油田清潔壓 裂液，具有耐溫耐剪切性能好，攜砂性能好，無需加入破膠劑，無需反排等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明雙子表面活性劑配成而成的清潔壓裂液的表觀粘度與剪切時(shí)間的關(guān) 系。
[0017] 圖2為本發(fā)明雙子表面活性劑配成而成的清潔壓裂液的表觀粘度與溫度的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 以下的實(shí)施案例將對本發(fā)明進(jìn)行更為全面的描述。
[0019] 實(shí)施例1
[0020] 按摩爾配比：硬脂酸：油酸:4-氨基-N，N-二甲基苯胺：[BM頂]BF4:1，3-二氯-2-丙 醇=2:1:1.5:0.03:3，V&*: = 1:1，溶劑質(zhì)量為反應(yīng)物總質(zhì)量的10 %備好原料。在裝有 電動攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)以及油浴加熱條件下的反應(yīng)釜中，按以上摩爾配比加入硬脂 酸、油酸、4-氨基-N，N-二甲基苯胺、1，3-二氯-2-丙醇，[BMIM]BF 4，乙二醇，丙二醇，攪拌升 溫至50°C，保持溫度反應(yīng)1小時(shí);攪拌升溫至70°C，保持溫度反應(yīng)6小時(shí);攪拌升溫至110°C， 保持溫度反應(yīng)8小時(shí);冷卻至室溫，所得紅棕色液體即為本發(fā)明的雙子表面活性劑。
[0021 ]將雙子表面活性劑配成質(zhì)量濃度為1 %水溶液與質(zhì)量濃度為15 %氯化銨溶液按按 質(zhì)量比為19:1進(jìn)行攪拌即可得到清潔壓裂液Π 。
[0022] 實(shí)施例2
[0023] 按摩爾配比：硬脂酸:芥酸:2_氨基-N，N-二甲基乙酰胺：[BMIM]0H:1，3-二溴-2-丙 醇= 2:1.5:2:0.035:3，V_= 1:1.5，溶劑加入量為總質(zhì)量的20 %備好原料。備好原 料。在裝有電動攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)以及油浴加熱條件下的反應(yīng)釜中，按以上摩爾配比 加入硬脂酸、芥酸、2-氨基-N，N-二甲基乙酰胺、1，3_二氯-2-丙醇，[BMHC0H，丙三醇，丁二 醇，攪拌升溫至60°C，保持溫度反應(yīng)1小時(shí);攪拌升溫至80°C，保持溫度反應(yīng)7小時(shí);攪拌升溫 至120°C，保持溫度反應(yīng)9小時(shí)；冷卻至室溫，所得紅棕色液體即為本發(fā)明的雙子表面活性 劑。
[0024]將雙子表面活性劑配成質(zhì)量濃度為2 %水溶液與質(zhì)量濃度為15 %氯化銨溶液按質(zhì) 量比為20:1進(jìn)行攪拌即可得到清潔壓裂液Y2。
[0025] 實(shí)施例3
[0026] 按摩爾配比：苯磺酸：油酸:4_甲基-N，N-二甲基苯乙酰胺：[HDBU]PF6:1，3-二溴- 2-丙醇=1: 2:2:0.03:3，: V^f= 1.2:1，溶劑加入量為總質(zhì)量的10 %備好原料。在裝有 電動攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)以及油浴加熱條件下的反應(yīng)釜中，按以上摩爾配比加入苯磺 酸、油酸、4-甲基-N，N-二甲基苯乙酰胺、1，3-二氯-2-丙醇，[HDBU]PF 6，乙二醇，丁二醇，攪 拌升溫至50°C，保持溫度反應(yīng)2小時(shí);攪拌升溫至60°C，保持溫度反應(yīng)9小時(shí);攪拌升溫至120 °C，保持溫度反應(yīng)10小時(shí);冷卻至室溫，所得紅棕色液體即為本發(fā)明的雙子表面活性劑。 [0027]將雙子表面活性劑配成質(zhì)量濃度為3%水溶液與質(zhì)量濃度為15%氯化銨溶液按質(zhì) 量比為18:1進(jìn)行攪拌即可得到清潔壓裂液Y3。
[0028] 應(yīng)用例1
[0029]以上述清潔壓裂液Y1為例對其進(jìn)行性能評價(jià)。
[0030]清潔壓裂液體系屬粘彈性表面活性劑壓裂體系，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用SY/T6376-2008 《壓裂液通用技術(shù)條件》中的表4(粘彈性表活劑壓裂液通用技術(shù)指標(biāo)）、SY/5107-2005《水基 壓裂液性能評價(jià)方法》。
[0031] 1.流變性能
[0032] 壓裂液的流變性是影響壓裂裂縫尺寸的重要因素，使用RV-20流變儀對清潔壓裂 液的剪切穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià)。圖1為分別在50、80和120 °C下，以170JT1剪切l(wèi)h的壓裂液的粘度 變化。由圖1可見，在50和80°C和120°C條件下該清潔壓裂液具有較好的耐剪切能力，粘度隨 時(shí)間變化較小。
[0033] 通過在3種溫度條件下對清潔壓裂液的抗剪切性能測試可知，在一定的剪切速率 下其表觀粘度隨時(shí)間的變化不大，下降平緩，無較大波動，因此該壓裂液的抗剪切性能良 好，能滿足要求。
[0034] 2.抗溫性能
[0035] 使用RV-20流變儀在剪切速率為ΠΟ?Γ1的條件下，對清潔壓裂液的抗溫性進(jìn)行評 價(jià)。清潔壓裂液的表觀粘度隨溫度升高的變化曲線如圖2所示。
[0036] 由圖2可知，該壓裂液的粘度先是隨溫度不斷升高，其粘度不斷迅速增加，在溫度 為80°C左右下粘度達(dá)到頂峰;80°C之后隨著溫度繼續(xù)上升，粘度不斷下降；升溫到120°C時(shí)， 表觀粘度為81mPa · S，說明該壓裂液具有較強(qiáng)的抗溫能力。
[0037] 3.清潔壓裂液的攜砂性能
[0038]壓裂液的攜砂性能對壓裂過程和壓裂裂縫的導(dǎo)流性能起著重要的作用，采用靜態(tài) 懸砂實(shí)驗(yàn)表征清潔壓裂液的攜砂性能。將壓裂液加熱至50°(：、80°(：、120°(：，恒溫條件下按質(zhì) 量比加入30%的石英砂，觀察下降速度，結(jié)果如表1所示。
[0039]表1本發(fā)明制備的清潔壓裂液的攜砂性能評價(jià)
[0041]由表1可知，該清沽壓裂液體系具有較好的攜砂性能。
[0042] 4.清潔壓裂液的破膠性能
[0043]該清潔壓裂液遇地層油水即可破膠，無需再加入破膠劑，破膠液粘度低，無殘?jiān)?無濾餅，對底層無傷害。室內(nèi)試驗(yàn)可通過加入1:1的煤油或4%乙二醇單丁醚使清潔壓裂液 破膠。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一鍋法制備雙子表面活性劑，其特征在于，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)： 1) 將兩種或多種有機(jī)酸、N，N-二甲氨基類化合物、鹵代醇、催化劑以及溶 劑加入到反應(yīng)釜中，升高溫度至40-60°C，攪拌反應(yīng)1-2小時(shí)； 2) 繼續(xù)升高溫度至60-80°(：，攪拌反應(yīng)6-1211; 3) 繼續(xù)升高溫度至90-130°C，攪拌反應(yīng)6-12h，即可得到雙子表面活性劑； 所述有機(jī)酸包括選以下物質(zhì)：甲酸、乙酸、丙酸、草酸、苯磺酸、R1COOH，其中R1=苯基，環(huán) 己基，CnH2n+i，n=14_22; 所述的N，N-二甲氨基類化合物的結(jié)構(gòu)式為：所述的鹵代醇包括1，3-二氯-2-丙醇，1，3-二溴-2-丙醇； 所述的溶劑為乙二醇、丙二醇、丁二醇、丙二醇、丙三醇或其組合； 所述的催化劑選[BM頂]BF4、[BM頂]PF6、[BMIM]0H、[BDBU]BF4、 [K)BU] PF6、[ HDBU ] BF4、[ HDBU ] PF6、[ ODBU ]BF4或[ODBU ] PF6。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一鍋法制備雙子表面活性劑制備方法，其特征在于， 所述有機(jī)酸：N，N-二甲氨基類化合物的投料摩爾比為1:0.2-0.8;所述有機(jī)酸： 催化劑的投料摩爾比為100-120:1;所述有機(jī)酸:鹵代醇的投料摩爾比為0.8-1.2:1。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一鍋法制備雙子表面活性劑制備方法，其特征在于，溶劑的加 入量為反應(yīng)物總質(zhì)量的10-20%。
【文檔編號】C07C303/28GK105885815SQ201610247971
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】郭輝, 張國寶, 莊玉偉, 曹健, 趙根鎖
【申請人】河南省科學(xué)院高新技術(shù)研究中心