甜菜堿表面活性劑的合成及在三次采油中的應用

摘 要:本文以十二烷基苯、1，4-二氯丁烷、2—羥基—3—氯丙基磺酸鈉為原料經兩步反應合成了一種烷基苯烷基羥磺基甜菜堿。考察了它在三次采油中的使用性能，表明其是一種具有優良性能的驅油劑，可以有效提高采收率達到25%以上。

關鍵詞:甜菜堿采收率界面張力

中圖分類號:TQ42文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(a)-0049-02

甜菜堿型兩性表面活性劑，具有陽離子和陰離子親水基部分，顯示陽離子和陰離子這兩種性質又具有陽離子、陰離子和非離子表面活性別所沒有的許多優異性能:良好的界面活性、低毒性和低刺激性、有效的殺菌性以及優異的配伍性等。在化妝品和盥洗制品中特別是在香波制品中的用量一直穩步上升[1]。

驅油用表面活性劑的作用是降低油水界面張力，啟動巖石孔隙中的殘余油，同時由于表面活性劑的使用，環境是在油藏中，因此溫度、礦化度、二價離子、復雜的原油性質及長時期的作用，對表面活性劑提出了更高的要求。因此，對低滲透油藏，油水界面張力盡可能達到10-4mN/m數量級;對高礦化度的油藏，表面活性劑應具有足夠的抗鹽性和抗二價Ca2+、Mg2+離子的能力;對高溫地層的油藏，表面活性劑要具有很好的耐溫性能。

本文研制的羥磺基甜菜堿表面活性劑通過改變親油基結構達到在無堿條件下形成超低界面張力。單獨使用和與聚合物形成的二元復合驅油體系在室內已取得了較好的效果。同時克服了三元體系在應用中污染地層、油水分離難及結垢嚴重等的缺點。

1甜菜堿表面活性劑的合成

1.1 合成原料

十二烷基苯，分析純;1，4-二氯丁烷，分析純;二甲胺，分析純;離子液體催化劑，自制;2—羥基—3—氯丙基磺酸鈉，自制。

1.2 合成方法

將1，4-二氯丁烷、離子液體催化劑、十二烷基苯加入反應瓶中反應制備對十二烷基苯基丁基氯;所得中間體加入二甲胺及氫氧化鈉得到叔胺;向其中加入2—羥基—3—氯丙基磺酸鈉得到產品——烷基苯烷基羥磺基甜菜堿[2]

2三次采油應用實驗研究

研究條件:大慶采油四廠井口脫水原油、大慶采油四廠注入污水、NaCl(分析純)、CaCl2(分析純)、Na2CO3(分析純)、聚丙烯酰胺(分子量1600萬)、烷基苯烷基羥磺基甜菜堿、實驗溫度:45℃。

2.1 界面張力

考察制得的烷基苯烷基羥磺基甜菜堿在不同濃度(質量分數，下同)下對大慶四廠原油/水界面張力的影響， Texas-500型旋轉液滴界面張力儀測定與大慶四廠原油/水的界面張力，如表1，2，3所示。

烷基苯烷基羥磺基甜菜堿與重烷基苯磺酸鹽質量比為1∶3。

2.2 礦化度及二價離子的影響研究

如表4，5所示。

2.3 二元體系界面張力穩定性研究

如圖1所示。

3二元復合驅油體系界面張力與驅油效果

如表6所示。

4結果與討論

4.1 烷基苯烷基羥磺基甜菜堿表面活性劑

表面活性甜菜堿的合成通常分二步進行，即長鏈烷基叔胺的合成和甜菜堿的合成。長鏈烷基叔胺的合成是一個重要的環節，它的質量在很大程度上影響著表面活性甜菜堿的質量。反應時預先加入少量的甜菜堿可提高產率。加入碳酸氫鈉、氫氧化鈉或碳酸鈉等堿性助劑，可達到抑制副反應，提高主反應速率的目的。

4.2 討論

烷基苯烷基羥磺基甜菜堿表面活性劑可以很好的應用到三次采油中。

由表1、2可見，在10ppm活性物濃度條件下油水界面張力可以達到超低，在弱堿條件下50ppm活性物濃度油水界面張力可以達到超低。此型表活劑與聚合物、強堿形成的三元體系界面活性可以達到10-3mN/m。

表3表明，烷基苯烷基羥磺基甜菜堿表面活性劑具有很好的復配增效性能，最佳配比為1∶3。

從表4、5可以看出，當礦化度達到150000mg/L時，二價離子濃度達到1500mg/L時界面張力均為超低，說明礦化度、二價離子對界面張力影響不大。可見，此類表面活性劑可以在更廣泛的油田中應用。

由圖1說明，所研制的表面活性劑水溶液體系在90天的測試中界面活性穩定。

表6列出的是在人造均質巖心上得到的二元及三元驅油物理模擬實驗結果。活性劑濃度只有0.1%的聚合物/表面活性劑二元復合驅采收率及總采收率的平均值分別為25.6%和71.1%。而活性劑濃度為0.3%的堿/表面活性劑/聚合物三元復合驅采收率及總采收率的平均值分別為19.3%和63.5%。可以看出，在活性劑濃度只有0.1%、不增加聚合物用量并且不加堿的情況下，二元復合驅采收率及總采收率均高于三元復合驅。

5結論

(1)合成了一種新型的甜菜堿型表面活性劑——烷基苯烷基羥磺基甜菜堿，在有效濃度為0.3%～0.001%的無堿條件下與大慶原油的界面張力達到10-4mN/m的超低值;

(2)所合成的表面活性劑在三次采油條件下具有優良的抗鹽及二價離子功能，穩定性好;

(3)巖心實驗二元復合驅提高采收率的幅度高于三元復合驅，且對于該種活性劑的使用濃度可低于0.3%。

參考文獻

[1]羥磺甜菜堿的研制.上海化工，2000年.

[2]李希友.新型甜菜藏兩住表面活性刑的合成.表面活性刑工業，1995(3).42～44.