专利名称：耐高温高盐双磺酸盐双子表面活性剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种耐高温高盐双磺酸盐双子表面活性剂及其制备方法，特别是关于 N，N-双脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚双磺酸盐及其制备方法
背景技术：
化学驱是三次采油的主要方法，而表面活性剂驱被认为是可以较大幅度提高采收率、适用范围广、最具发展前景的一种化学剂。表面活性剂无论是作为主剂还是作为助剂驱油，对大幅度提高采收率均起到不可估量的作用。使用表面活性剂能提高原油采收率的主要机理是在油田进入高含水期后，剩余油以不连续的油膜被圈闭在油藏岩石的孔隙中，作用于油珠上的两个主要力是粘滞力和毛细管力，如果选用合适的表面活性剂体系，降低油水间的界面张力，使储油层油水间的界面张力从20 30mN/m降至较低或超低值(10_3 10_4mN/m)，便能减少使剩余油移动时油珠变形所带来的阻力，从而大幅提高驱油效率。表面活性剂驱提高原油采收率主要决定于表面活性剂在油层中的波及效率和驱油效率。艮Er = E υ .Ed式中Er表示采收率，表示波及效率，％;Ed表示驱油效率，％。因此，提高Er必须从提高Ev和Ed入手。活性剂(包括表面活性剂和碱)由于具有降低油水界面张力等作用，能够提高Ed(驱油效率)。这一效应可由综合效应参数毛管数 (N)来描述Ed κ NN=驱动力/粘滞力^ μ · υ/Yow式中μ表示注入相粘度；u表示注入相液流速度 ’Yov表示油水间界面张力。实践已证明，要有效地降低残余油饱和度，必须将毛管数提高3 4个数量级。由于油层注入量和压力有限，因此单靠提高μ和u是不够的，但可以将油水界面张力Y。J_ 低3个或更高的数量级，从而大大提高毛管数并使E d (驱油效率)显著提高，这也是活性剂主要的驱油机理。而要提高波及效率，主要办法是减小驱替液的流度，这一点可以通过加入聚合物增加驱替液粘度来实现。在三采作业中，运用ASP三元复合驱驱油体系，通过加入表面活性剂可以得到油水间的超低界面张力使驱油效(Ed)率增加，通过注入聚合物以增加注入液粘度提高波及效率(Ev)，注入碱以减少表面活性剂的吸附。充分利用ASP有益的协同组合效应，提高原油采收率(Er)。国外三次采油用的表面活性剂工业化产品主要有两大类一是石油磺酸盐为主的表面活性剂，二是烷基苯磺酸盐为主的表面活性剂，这两类表面活性剂原料都取自原油，原料来源广、数量大，因而也是国外三次采油用量最大的表面活性剂。由于磺酸盐类表面活性剂为阴离子型，它与二价阳离子(地层水中的Ca2+、Mg2+等)会发生沉淀，当Ca2+、Mg2+超过 300 μ g/g时便失去驱油效果。为此，国外还在继续开发研究适合高含盐、高Ca2+、Mg2+离子地层用的表面活性剂，包括多官能团的表面活性剂、双子表面活性剂以及牺牲剂的研究，并且注重各种表面活性剂的复配研究。石油磺酸盐是真正大量用作驱油剂的表面活性剂，这是由于石油磺酸盐具有以下优点①生产工艺简单，价格低；②来源于原油，降低界面张力能力强。但石油磺酸盐耐盐性差，吸附损耗较大，且由于原料组成复杂，不同批次产品性能差异大等原因限制了其进一步扩大应用。因此对于高温高盐油藏石油磺酸盐不适用。阴-非离子两性表 面活性剂近年来一直是三次采油(EOR)领域研究的热点之一， 由于其分子结构中将两种不同性质的非离子基团和阴离子基团设计在同一个表面活性剂分子中，使其兼具阴离子和非离子表面活性剂的优点，优势互补、性能优良，因此显示了良好的应用前景，尤其针对无碱存在的二元复合驱体系，由于没有碱的存在不但避免了油层的堵塞、结垢和腐蚀等问题，而且能与原油形成超低界面张力。而双子表面活性剂是由两个亲水基团、两个疏水基团和一个连接基键合而成的特殊结构化合物，比传统表面活性剂具有更为优良的性能。双子表面活性剂具有临界胶束浓度低、降低界面张力能力强、能耐较高矿化度以及独特的流变性和粘弹性-增粘作用等特征，是一类极富应用前景的提高采收率用表面活性剂，为油田的三次采油开辟新的途径。早在20世纪20年代末30年代初的专利申请中，德格鲁特(De Groot)就曾提出水溶性表面活性剂有助于提高石油的采收率。目前，国内研究开发的主要双子表面活性剂主要是阳离子双季铵盐型，如中国专利CN 1528853、CN 1817431、CN 1066137等相继报道了双酰胺型阳离子型、含氟阳离子型及含吡啶基阳离子双子表面活性剂。由于阳离子具有吸附损耗大、成本高等缺点，近年来阴离子型和非离子型双子表面活性剂的研究开发也得到了越来越多的重视，如中国专利CN 101073757报道了一种阴离子不对称双子的合成。而由于阴离子型表面活性剂具有耐盐性差，而非离子型具有耐温性差的缺点，使得这些产品无法在高温高盐油藏的得到应用。另外，现有的三元复合驱油体系中，含有高浓度的碱，如氢氧化钠、碳酸钠等，在使用过程中，对地层和油井等带来巨大的伤害，所使用的表面活性剂不易被生物降解，且对人体也有一定的危害性，如1991年，赵国玺在《表面活性剂物理化学》P495 ； 1994年，刘程在 《表面活性剂大全》P35中所公开的内容。所以针对那些苛刻油藏，我们理应寻求一种在无碱、高温(地层温度大于85°C )、高盐(矿化度40000mg/L以上)条件下结构稳定，并能与原油形成10_3 l(T4mN/m超低界面张力，有效提高原油采收率的表面活性剂驱油体系。本发明所述的正是这种在无碱情况下，适合于高温高盐油藏的阴-非双子表面活性剂、其制备方法、二元复合及其在三次采油中的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中含表面活性剂的驱油剂存在高温高盐条件下驱油效率差，使用浓度高以及三元复合驱中碱对地层和油井带来的腐蚀和积垢伤害的问题，提供一种新的双子型N，N-双脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚双磺酸盐。含N，N-双脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚双磺酸盐的表面活性剂组合物在无碱、高温高盐条件下仍能与原油形成10_3 10_4毫牛/米超低界面张力，提高高温高盐油藏采收率。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的N， N-双脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚双磺酸盐的制备方法。
为了解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下一种N，N-双脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚双磺酸盐，其分子通式为
权利要求
1.一种N，N-双脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚双磺酸盐，其分子通式为
2.根据权利要求1所述N，N-双脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚双磺酸盐，其特征在于所述的R1的碳原子数为九、十一、十三、十五或十七。
3.根据权利要求1所述N，N-双脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚双磺酸盐，其特征在于所述的R2的碳原子数为二、四或六。
4.根据权利要求1所述的N，N-双脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚双磺酸盐， 其特征在于所述的R1碳数加1之和，与EO数η的比值在2 4之间。
5.权利要求1所述的N，N-双脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚双磺酸盐的制备方法，包括以下步骤(a)N, N-双脂肪酰基二胺二甲基丙酸的制备将所需配比的碳链数为10 18的脂肪酸、二氯亚砜和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)在 70 100°C反应2 5小时，减压抽出过量的二氯亚砜，得到的透明液体即为碳链数为10 18的脂肪酰氯丄；另将所需配比的碳数为2 6的二胺、甲基丙烯酸甲酯和溶剂1，4_ 二氧六环混合均与后，在40 70°C反应2 5小时，减压去除未反应的原料及溶剂得二胺二甲基丙酸甲酯1，以碱溶液调节PH = 9 10，剧烈搅拌下滴加丄，再于40 70°C反应2 6 小时，得N，N-双碳链数为10 18脂肪酰基二胺二甲基丙酸甲酯1，加入所需量的乙醇，以碱溶液调节PH = 11 12，回流反应2 6小时，酸化后得N，N-双碳链数为10 18脂肪酰基二胺二甲基丙酸；其中，制备1时，碳链数为10 18的脂肪酸、二氯亚砜和N，N- 二甲基甲酰胺的摩尔比为1 1.0 2.0 0.03 0. 1 ；制备2时，溶剂为1，4_ 二氧六环，用量为碳链数为2 6的二胺质量的3 6倍，碳链数为2 6的二胺与甲基丙烯酸甲酯的摩尔比为1 1.0 4.0;制备2时，碳链数为10 18的脂肪酰氯与碳链数为2 6二胺二甲基丙酸甲酯的摩尔比为1.9 2. 5 1;制备N，N-双碳链数为10 18脂肪酰基二胺二甲基丙酸时，乙醇用量为碳链数为2 6的二胺质量的5 10倍。(b)N，N-双脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚的制备步骤(a)所合成的N，N-双碳链数为10 18脂肪酰基二胺二甲基丙酸和环氧乙烷按所需配比在反应温度为85 160°C，压力小于0. SOMPa表压条件下，钙的碱性化合物为催化剂，反应得N，N-双碳链数为10 18脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚。其中，N， N-双碳链数为10 18脂肪酰基二胺二甲基丙酸与环氧乙烷摩尔比为1 4 14，催化剂用量为N，N-双碳链数为10 18脂肪酰基二胺二甲基丙酸质量的0. 5 5. 0%。(c)N，N-双脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚双磺酸盐的制备将步骤(b)所合成的N，N-双碳链数为10 18脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚按所需配比与3-氯-2-羟基丙磺酸钠、氢氧化钾或氢氧化钠和四丁基溴化铵催化剂混合， 以甲苯为溶剂，在反应温度50 130°C，反应3 15小时，反应结束后经后处理得N，N-双脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚双磺酸盐。其中，N，N-双碳链数为10 18脂肪酰基二胺二甲基丙酸二 聚氧乙烯醚、3-氯-2-羟基丙磺酸钠、氢氧化钾或氢氧化钠和四丁基溴化铵的摩尔比=1 2 6 2 8 0.05 0.3。
全文摘要
本发明涉及一种耐高温高盐双磺酸盐双子表面活性剂及其制备方法，主要解决现有技术中含表面活性剂的驱油剂存在高温高盐条件下驱油效率差、使用浓度高以及三元复合驱中碱对地层和油井带来的腐蚀和积垢伤害的问题。本发明通过采用含有分子通式为的N，N-双脂肪酰基二胺二甲基丙酸二聚氧乙烯醚双磺酸盐，其中M为选自钾、钠或锂中的任意一种等金属离子，R1为C9～C17的烷基，R2为C2～C6的烷基，n为乙氧基团EO的加合数，其取值范围为2～7中的任意一个整数的技术方案，较好地解决了该问题，可用于油田的三次采油生产中。
文档编号C07C303/32GK102219897SQ20101014714
公开日2011年10月19日 申请日期2010年4月15日 优先权日2010年4月15日
发明者孙文彬, 张卫东, 李应成, 沈之芹 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院