一种具有超低油水界面张力的复配表面活性剂及其制备方法与流程

本发明涉及一种驱油用复配表面活性剂，尤其涉及一种具有超低油水界面张力的复配表面活性剂及其制备方法，属于油田化学驱提高采收率过程中驱油剂的制备技术领域。

背景技术：

油田开发后期，含水率上升、采收率下降。为了提高采收率，应用较为普遍的一种方法是化学驱技术。在油田化学驱领域，表面活性剂驱油是最常用的一种方法，近年来对表面活性剂的研制和应用等研究也越来越多，其中应用最为广泛的是烷基苯磺酸盐或石油磺酸盐。由于单一表面活性剂体系的油水界面张力往往难以达到超低（~1×10^-3mn/m），在提高采收率方面略显不足，因此为了更有效的提高采收率，对表面活性剂体系进行复配是一种可行的实施途径。

技术实现要素：

本发明的目的是针对烷基苯磺酸盐单一表面活性剂体系在提高油田采收率方面存在的不足，提供一种具有超低油水界面张力的复配表面活性剂及其制备方法。

一、复配表面活性剂

本发明一种具有超低油水界面张力的复配表面活性剂，以质量百分比计，包括如下组分：0.1~0.3%的轻烷基苯磺酸盐、0.1~0.3%的重烷基苯磺酸盐、0.1~0.2%的甜菜碱，余量为盐水。其中，轻烷基苯磺酸盐的平均分子量为400~420，重烷基苯磺酸盐的平均分子量为480~500；甜菜碱为十二烷基丙基甜菜碱、十四烷基丙基甜菜碱、十六烷基丙基甜菜碱、十二烷基酰胺丙基甜菜碱、十四烷基酰胺丙基甜菜碱或十六烷基酰胺丙基甜菜碱；盐水为氯化钠水溶液，盐水矿化度为500~15000mg/l。

二、复配表面活性剂的制备

本发明一种具有超低油水界面张力的复配表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）烷基苯磺酸盐的合成：以工业烷基苯为原料，加入发烟硫酸，于40~60℃下磺化反应30~60min，反应后加入氢氧化钠溶液进行中和，得到烷基苯磺酸盐。其中，工业烷基苯与发烟硫酸的质量比为1:2~1:3；当工业烷基苯的分子量为320~340时，得到轻烷基苯磺酸盐，当工业烷基苯的分子量为400~420时，得到重烷基苯磺酸盐；氢氧化钠溶液的质量浓度为10~30%。

（2）烷基苯磺酸盐的纯化：采用液液萃取法对得到的烷基苯磺酸盐进行提纯处理，得到纯化的烷基苯磺酸盐。液液萃取法提纯烷基苯磺酸盐的具体步骤如下：

①将烷基苯磺酸盐于100~120℃下烘2~4h，加入异丙醇/水溶液，搅拌使其溶解后用正己烷进行萃取，重复两次，分别收集上层溶液和下层溶液；烷基苯磺酸与异丙醇/水溶液的质量体积比为0.1~0.3g/ml；烷基苯磺酸与正己烷的质量体积比为0.1~0.3g/ml；异丙醇/水溶液中，异丙醇与水体积比为1:1；

②将上述上层溶液用异丙醇/水溶液萃取，收集下层溶液；将下层溶液与步骤①中下层溶液合并，置于100~120℃下烘10~12h，即得到纯化的烷基苯磺酸盐；烷基苯磺酸盐与异丙醇/水溶液的质量体积比为0.05~0.2g/ml；异丙醇/水溶液中，异丙醇与水的体积比为1:1。

（3）表面活性剂复配体系的制备：将纯化的轻烷基苯磺酸盐、重烷基苯磺酸盐和甜菜碱加入盐水中，搅拌均匀，即得复配表面活性剂。

图1为轻烷基苯磺酸盐质谱图，图2为重烷基苯磺酸盐质谱图。由图1、2可知，轻烷基苯磺酸盐和重烷基苯磺酸盐主要区别在于平均分子量以及分子量分布范围的不同，轻烷基苯磺酸盐的平均分子量为400~420，重烷基苯磺酸盐的平均分子量为480~500。

三、复配表面活性剂的界面活性评价

表面活性剂体系的制备：用不同矿化度的氯化钠盐水配制表面活性剂体系，矿化度包括0、500、1000、2000、5000、10000、15000、20000mg/l。单一表面活性剂体系包括：轻烷基苯磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、甜菜碱，其中轻烷基苯磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、甜菜碱的质量浓度均为0.1~0.3%；表面活性剂复配体系包括：轻烷基苯磺酸盐/甜菜碱、重烷基苯磺酸盐/甜菜碱、轻烷基苯磺酸盐/重烷基苯磺酸盐二元体系，以及轻烷基苯磺酸盐/重烷基苯磺酸盐/甜菜碱三元体系，在上述复配体系中轻烷基苯磺酸盐和重烷基苯磺酸盐质量浓度均为0.1~0.3%，甜菜碱质量浓度为0.1~0.2%。上述所用甜菜碱为十二烷基丙基甜菜碱，结构式如下：

。

表面活性剂体系的界面活性评价：对上述配制的表面活性剂单一体系及表面活性剂复配体系进行界面张力测试，测试条件为：温度50℃、密度差0.143、转速6000转/min、测试时间120min，油相为正构烷烃，包括正戊烷~正十六烷，以及4种不同油田原油。

图3为表面活性剂单一体系及复配体系的界面张力测试结果。结果表明，轻烷基苯磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、甜菜碱单一体系的界面张力较高，轻烷基苯磺酸盐/甜菜碱、重烷基苯磺酸盐/甜菜碱二元复配体系的界面张力也较高，轻烷基苯磺酸盐/重烷基苯磺酸盐二元复配体系的界面张力有降低趋势，比单一体系较优，界面张力可达4×10^-3mn/m，但达不到超低数值（<1×10^-3mn/m）；而轻烷基苯磺酸盐/重烷基苯磺酸盐/甜菜碱三元复配体系的界面张力可降至超低（<1×10^-3mn/m），且速度较快，20min内即可达到超低。

图4是轻烷基苯磺酸盐/重烷基苯磺酸盐/甜菜碱三元复配体系在不同矿化度条件下的界面张力测试结果。结果表明，该复配体系在矿化度范围为0-500mg/l时，界面张力较高，矿化度在500-15000mg/l范围内均具有超低界面张力，因此该复配体系适用的矿化度范围为500-15000mg/l。

图5是轻烷基苯磺酸盐/重烷基苯磺酸盐/甜菜碱三元复配体系在不同油相条件下的界面张力测试结果。结果表明该复配体系适用的油相范围较宽，正己烷~正十六烷和多种不同来源原油条件下，油水界面张力均可降至超低。

综上所述，本发明相对现有技术具有如下有益效果：本发明复配表面活性剂的各组分在特定配比下相互协同，共同作用，使得其具有优异的界面活性，油水界面张力可降至超低（<1×10^-3mn/m），且在较宽的矿化度范围内（500~15000mg/l），均具有超低界面张力；此外，该复配体系适用的油相范围较宽，包括正己烷~正十六烷等系列正构烷烃以及多种不同来源原油，可在油田化学驱提高采收率领域进行应用推广。

附图说明

图1为轻烷基苯磺酸盐质谱图。

图2为重烷基苯磺酸盐质谱图。

图3为表面活性剂单一体系及复配体系的界面张力测试结果。

图4为轻烷基苯磺酸盐/重烷基苯磺酸盐/甜菜碱三元复配体系在不同矿化度条件下界面张力测试结果。

图5为轻烷基苯磺酸盐/重烷基苯磺酸盐/甜菜碱三元复配体系在不同油相条件下界面张力测试结果。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明一种具有超低油水界面张力的复配表面活性剂的制备及界面活性进行详细说明。

使用的仪器：界面张力仪tx-500，北京盛维基业科技有限公司。

使用的试剂：发烟硫酸、异丙醇、正己烷、氯化钠、氢氧化钠、正构烷烃，分析纯，天津百世化工有限公司；甜菜碱，阿拉丁公司。

实施例1

一种具有超低油水界面张力的复配表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）烷基苯磺酸盐的合成：

①轻烷基苯磺酸盐的合成：取分子量为330的低分子量工业烷基苯20g，置于三口瓶中，在50℃油浴中恒温；称量发烟硫酸50g，置于恒压滴液漏斗中，缓慢滴加到三口瓶中，进行磺化反应，同时进行磁力搅拌；反应60min后，将反应产物溶于20%的氢氧化钠溶液中进行中和反应，即得到轻烷基苯磺酸盐；

②重烷基苯磺酸盐的合成：取分子量为410的高分子量工业烷基苯20g，置于三口瓶中，在50℃油浴中恒温；称量发烟硫酸50g，置于恒压滴液漏斗中，缓慢滴加到三口瓶中，进行磺化反应，同时进行磁力搅拌；反应60min后，将反应产物溶于20%的氢氧化钠溶液中进行中和反应，即得到重烷基苯磺酸盐。

（2）烷基苯磺酸盐的纯化：

①取10g烷基苯磺酸盐样品于110℃烘箱中2h，然后加入50ml异丙醇/水溶液（异丙醇与水体积比为1:1），搅拌使其溶解后转移至分液漏斗中，加入50ml正己烷进行萃取，重复两次，分别收集上层溶液和下层溶液；

②将上层溶液置于分液漏斗中，用50ml异丙醇/水溶液（异丙醇与水体积比为1:1）萃取，收集下层溶液；将下层溶液与①中下层溶液合并，置于110℃烘箱中12h，即为纯化的烷基苯磺酸盐。

（3）复配表面活性剂的制备：将纯化后的轻烷基苯磺酸盐、重烷基苯磺酸盐和甜菜碱加入盐水中，搅拌均匀，即得复配表面活性剂；各组分的质量百分比如下：轻烷基苯磺酸盐0.1%、重烷基苯磺酸盐0.1%和甜菜碱0.1%，余量为盐水；盐水矿化度为5000mg/l。

（4）界面活性的评价：该复配表面活性剂的油水界面张力为5×10^-4mn/m。

实施例2

一种具有超低油水界面张力的复配表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）烷基苯磺酸盐的合成：同实施例1。

（2）烷基苯磺酸盐的纯化：同实施例1。

（3）复配表面活性剂的制备：将纯化后的轻烷基苯磺酸盐、重烷基苯磺酸盐和甜菜碱加入盐水中，搅拌均匀，即得复配表面活性剂；各组分的质量百分比如下：轻烷基苯磺酸盐0.2%、重烷基苯磺酸盐0.2%和甜菜碱0.15%，余量为盐水；盐水矿化度为5000mg/l。

（4）界面活性的评价：该复配表面活性剂的油水界面张力为6×10^-4mn/m。

实施例3

一种具有超低油水界面张力的复配表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）烷基苯磺酸盐的合成：同实施例1。

（2）烷基苯磺酸盐的纯化：同实施例1。

（3）复配表面活性剂的制备：将纯化后的轻烷基苯磺酸盐、重烷基苯磺酸盐和甜菜碱加入盐水中，搅拌均匀，即得复配表面活性剂；各组分的质量百分比如下：轻烷基苯磺酸盐0.3%、重烷基苯磺酸盐0.3%和甜菜碱0.2%，余量为盐水；盐水矿化度为2000mg/l。

（4）界面活性的评价：该复配表面活性剂的油水界面张力为8×10^-4mn/m。