甜菜碱表面活性剂、制备方法及在强化采油中的应用技术

本发明专利技术涉及一种烃基胺聚氧乙烯醚磺酸盐型甜菜碱表面活性剂、制备方法以及在油田强化采油中的应用。主要解决目前生产技术中表面活性剂作为驱油剂在高温、高矿化度下驱油效果差，同时由于含碱，对地层及油井带来巨大伤害，腐蚀设备及输送管道，污染环境等问题。本发明专利技术通过采用甜菜碱表面活性剂，其结构如式（I）所示，其中R为C8～C40的烃基，R1和R2独立取自C1~C4的亚烷基，n+m=2~100，x=1~100的技术方案，较好地解决了该问题，可用于油田的强化采油生产中。（I）

【技术实现步骤摘要】
甜菜碱表面活性剂、制备方法及在强化采油中的应用
本专利技术涉及甜菜碱表面活性剂、制备方法及在强化采油中的应用。
技术介绍
我国多数油田现如今处于高含水期开采阶段，仍有六成以上的石油“留守”地下。而且，注水开发的油田大多数都进入高含水、高采出程度的“双高”阶段，“多井低产”的问题难以回避。若把井下剩余石油开采出来，相当于我国的可采储量增加一倍以上。因此，发展三次采油是我国石油开采的必经之路。所谓三次采油，是对比一次采油、二次采油而言的。通俗地讲，在石油开采初期，只是利用地层的天然能量开采石油，称为一次采油，其采收率仅为10%左右。通过向地层补充能量来开采石油的方法，如注水、注气等，称为二次采油。目前世界上已有大量油田采用二次采油方法，但采收率一般也只能达到25%到40%左右。三次采油，则是利用物理、化学和生物等手段，继续开采地下剩余的石油，以此提高原油采收率的方法。在三次采油技术手段中，复合驱已经成为当前研究的热点，并且实践证明此技术可以较好的提高原油采收率。其中活性剂(包括表面活性剂和碱)由于具有降低油水界面张力等作用，使聚合物驱后地下的残余油（油膜、盲端油等）重新启动，从而提高采收率。根据Er=Ev*Ed其中Er表示采收率，％；Ev表示波及系数，％；Ed为洗油效率，％。因此提高采收率，必须提高波及系数及洗油效率。而表面活性剂的性质则直接决定了实际生产中复合驱油剂的洗油效率。因此开发新型的表面活性剂对于我国三次采油产业具有极为重要的意义。目前，在普通油藏（一、二类油藏）中已经有表面活性剂被成功应用（CN1458219A），采油表面活性剂应用的最多的还是石油磺酸盐，重烷基苯磺酸盐等炼油副产物改性的表面活性剂，这类表面活性剂的特点是取材广泛、价格低廉，但是对于高温、高矿化度的油藏来说，对一、二类油藏来说效果较好的表面活性剂则不能有效降低界面张力，并表现为化学结构易变，严重的色谱分离等等，不能胜任。在同一个分子中引入多个活性官能团的新型表面活性剂，可大大提高表面活性，而且可能会产生协同作用，增加抗盐性。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。专利U.S.Pat.No.6258859B1提供一种烃基胺聚氧乙烯醚羧酸盐，其水溶性和抗盐性有所提高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是现有技术中表面活性剂存在高温、高盐条件下驱油效率低的问题，提供一种新的甜菜碱表面活性剂，该表面活性剂具有在高温、高盐条件下驱油效率高的特点。本专利技术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甜菜碱表面活性剂的制备方法。本专利技术所要解决的技术问题之三是技术问题之一所述甜菜碱表面活性剂在油田驱油中的应用。为解决上述技术问题之一，本专利技术采用的技术方案如下：甜菜碱表面活性剂，其结构如式（I）所示：（I）其中R为C8～C40的烃基，R1和R2独立取自C1~C4的亚烷基，n+m=2~100，x=1~100。上述技术方案中优选m+n=2～20，更优选为m+n＝12~16；优选x=1~20，更优选为x＝2~6。所述R优选为C8～C25的烃基，更优选C12～C20的烷基。从提高采收率的角度出发，上述技术方案中最优选技术方案：R为C10～C14的烷基、m+n=8~16、x=1~5；最最优选的技术方案是：R为C12～C14的烷基、m+n=9~16、x=3~5。为解决上述技术问题之二，本专利技术采用的技术方案如下：上述技术问题之一所述的甜菜碱表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：a）RNH2与所需量环氧乙烷反应得到烃基聚氧乙烯醚叔胺；反应温度优选为80～180℃，压力优选为0～0.80MPa（表压）；b）在酸性催化剂存在下3-氯-2-羟基丙磺酸或者3-氯-2-羟基丙磺酸的碱金属盐与所需量的环氧乙烷反应得到3-氯-2-（聚氧乙烯基）丙磺酸或者3-氯-2-（聚氧乙烯基）丙磺酸碱金属盐；反应温度优选20～100℃，压力优选0～0.80MPa（表压）；c）将步骤a所得烃基聚氧乙烯醚叔胺溶解到C6~C8芳烃中，加入碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物中的至少一种碱，所述烃基聚氧乙烯醚叔胺与所述碱的摩尔比为1:（1～3），在30～60℃下碱化0.5～3小时，加入3-氯-2-（聚氧乙烯基）丙磺酸或者3-氯-2-（聚氧乙烯基）丙磺酸碱金属盐，其中所述烃基聚氧乙烯醚叔胺与3-氯-2-（聚氧乙烯基）丙磺酸或者3-氯-2-（聚氧乙烯基）丙磺酸碱金属盐的摩尔比为1：（1～4），搅拌下反应温度为30~80℃，反应时间为6～18小时得到甜菜碱表面活性剂。上述技术方案中，当n+m=2时所述步骤a)优选在不外加催化剂的情况下反应得到烃基聚氧乙烯醚叔胺。当n+m＞2时所述步骤a)优选首先在不外加催化剂的情况下每摩尔烃基伯胺与2摩尔环氧乙烷反应，然后再在碱性催化剂的存在下与所需余量的环氧乙烷反应得到烃基聚氧乙烯醚叔胺。所述的酸性催化剂优选为三氟化硼或五氯化锑中至少一种。所述碱性催化剂优选为碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物中的至少一种。上述技术方案中步骤a）所述反应温度更优选为150～180℃。为解决本专利技术技术问题之三本专利技术采用的技术方案如下：上述技术问题之一的技术方案中任一项所述的甜菜碱表面活性剂在油田驱油中的应用。上述技术方案中，所述应用的具体方法可以为将以重量份数计包括本专利技术技术问题之一所述表面活性剂1份与水100~2000份的驱油剂注入含油地层。其中采用的水可以是去离子水、河水、地下水、海水，优选为总矿化度范围为10000-50000mg/L、Ca2++Mg2+为500-2000mg/L的水，出于施工方便、节约水资源等方面的考虑，更优选为油田注入水，例如本专利技术实施例采用的胜利油田胜坨二区注入水。本专利技术的技术关键在于表面活性剂采用了新型两性甜菜碱表面活性剂，其中的丙磺酸盐基团位于两个氧乙烯链段中间，与现有技术中两性表面活性剂相比，本专利技术采用的表面活性剂大大提高了抗盐、抗钙镁能力，因而可用于高矿化度、较高温度的油层驱油，具有很高的理论意义，并且具有广泛的应用前景及实际意义。本专利技术表面活性剂在的胜利油田胜坨二区地层温度85℃、矿化度16000～32000mg/L、Ca2＋、Mg2＋浓度为450～2000mg/L的条件下仍可以与原油形成10-3mN/m数量级的超低界面张力，从而驱动原油，提高采收率10%以上，取得了较好的技术效果。下面通过实施例对本专利技术作进一步阐述。具体实施方式【实施例1】1、表面活性剂制备a）向装有冷凝装置和搅拌装置的反应器中加入十八烷基伯胺（1摩尔），边通氮气边加热到150℃时，加热40分钟后加入环氧乙烷（2摩尔），温度维持在155℃搅拌反应1小时。降温至80℃，加入氢氧化钡作为催化剂，加热至140℃，开启真空系统，在0.06MP真空下脱水1小时，然后用氮气吹扫4次以除去体系中的空气，然后将体系反应温度调至165℃缓缓通入环氧乙烷（4摩尔），控制压力≤0.80MPa进行烷氧基化反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
甜菜碱表面活性剂，其结构如式（I）所示：（I）其中R为C8～C40的烃基，R1和R2独立取自C1~C4的亚烷基，n+m=2~100，x=1~100。

【技术特征摘要】
1.一种用于油田强化采油的甜菜碱表面活性剂，其结构如式(I)所示：其中R为C8～C25的烃基，R1和R2独立取自C1～C4的亚烷基，n+m＝2～20，x＝1～20。2.权利要求1所述的甜菜碱表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：a)RNH2与所需量环氧乙烷反应得到烃基聚氧乙烯醚叔胺；反应温度优选为80～180℃，压力优选为0～0.80MPa(表压)；b)在酸性催化剂存在下3-氯-2-羟基丙磺酸或者3-氯-2-羟基丙磺酸的碱金属盐与所需量的环氧乙烷反应得到3-氯-2-(聚氧乙烯基)丙磺酸或者3-氯-2-(聚氧乙烯基)丙磺酸碱金属盐；反应温度优选20～100℃，压力优选0～0.80MPa(表压)；c)将步骤a)所得烃基聚氧乙烯醚叔胺溶解到C6～C8芳烃中，加入碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物中的至少一种碱，所述烃基聚氧乙烯醚叔胺与所述碱的摩尔比为1:(1～3)，在30～60℃下碱化0.5～3小时，加入上述3-氯-2-(聚氧乙烯基)丙磺酸或者是3-氯-2-(聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉辉，沈之芹，张慧，何秀娟，翟晓东，
申请(专利权)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，
类型：发明
国别省市：北京;11