一种新型低用量、耐温型三阳离子粘弹性表面活性剂制备方法及应用技术

本发明专利技术提供的三阳离子粘弹性表面活性剂亲水基团具有更低的静电排斥，更容易胶束聚集，较低浓度下即可形成蠕虫状胶束，具有较高的粘度。同时该三阳离子表面活性剂与盐水配制的清洁压裂液具有较好的耐温性能，能适用于油田的压裂酸化。1wt％JTNO表面活性剂与0.9wt％水杨酸钠配成的清洁压裂液在100℃、170s

【技术实现步骤摘要】
一种新型低用量、耐温型三阳离子粘弹性表面活性剂制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及油田压裂液
，涉及一种低用量、耐温型三阳离子粘弹性表面活性的制备及在油田中的应用。

技术介绍

[0002]近年来，低渗、超低渗等非常规致密油气藏逐渐得到重视并不断扩大开发。在对非常规致密油气藏的开发中，水力压裂占有十分重要的作用。目前，国内外使用的压裂液增稠剂主要是植物胶及其衍生物，粘弹性表面活性剂和合成聚合物。聚合物和天然植物胶具有较好的增稠效果，但是其在破胶后会留有大量的残渣堵塞压裂裂缝，严重影响压裂效果，同时对地层造成严重的损伤。随着近几年全球对环境问题的重视，以及石油行业重视对储层伤害的降低等。国内外压裂液的研究趋势是开展具有低残渣或无残渣、易破胶、配伍性好、低成本、低伤害等特点压裂液配方体系的研究，减小压裂液对储层的伤害成为压裂液研究的热点。清洁压裂液首次提出于1997年，是由美国斯伦贝谢公司提出的粘弹性表面活性剂基清洁压裂液。目前国内外已研制出阳离子型、阴离子型、两性以及非离子型表面活性剂。但是，粘弹性表面活性剂在配置压裂液方面一直受困于需要高浓度的粘弹性表面活性剂。常规情况下，满足100℃的地层要求则需要超过2％的高浓度的粘弹性表面活性剂配制的压裂液。此外，随着不断的开发，我国钻井深度已达6000米以上深井、超深井，对压裂液耐温性有更高的要求。在此基础上已经研究出了一系列单子、双子、三子表面活性剂系列，耐温性能也得到了不断的提高，但使用浓度则一直居高不下。
[0003]在前人的基础上，本专利技术合成了一个三阳离子表面活性剂，即本专利技术的三阳离子粘弹性表面活性剂具有三条疏水长链。该专利技术三阳离子粘弹性表面活性剂在较低浓度下可以形成较高的粘度，从而满足压裂需求，且在高温下可以维持稳定。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种三阳离子粘弹性表面活性剂及其制备方法及其耐高温清洁压裂液。该专利技术三阳离子粘弹性表面活性剂在较低浓度下可以形成较高的粘度，从而满足压裂需求，且在高温下可以维持稳定。从而解决高浓度粘弹性表面活性剂清洁压裂液成本高，及耐温性差的问题。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0006]一种新型三阳离子粘弹性，具有如下结构：
[0007][0008]其中R1为C
21
芥酸的疏水碳链。
[0009]芥酸的疏水碳链结构式为：
[0010][0011]上述结构中含有不饱和双键的疏水链使得合成结构的水溶性更佳。形成的三阳离子结构使其表面活性剂优于同类型的粘弹性表面活性剂。
[0012]上述耐温型三阳离子粘弹性表面活性剂的分子式为3R1CHNO，R1的碳原子数为21。
[0013]本专利技术的耐温型三阳离子粘弹性表面活性剂，具有特殊气味，呈淡黄色膏状。密度在0.98.
‑
1.1g/cm3的范围之内。
[0014]上述耐温对称三阳离子粘弹性表面活性剂的制备方法，将芥酸酰胺丙基二甲胺与环氧氯丙烷以1:(1.0
‑
1.2)的摩尔比溶于异丙醇溶液中，加热至40
‑
50℃，反应11
‑
12小时，通过旋转蒸发除去溶剂，得到中间体TNO(带环氧芥酸酰胺丙基二甲胺)。又将芥酸酰胺丙基二甲胺与双(2
‑
氯乙基)氨盐酸盐以(3.0
‑
3.2):1的摩尔比溶于异丙醇溶液中，并加入少量氢氧化钠溶液，加热至70
‑
90℃，反应23
‑
24小时，通过旋转蒸发除去溶剂，得到产物JTNO。
[0015]与常规的耐温差的表面活性剂相比，该三阳离子粘弹性表面活性剂具有的是三条疏水长链，使其具有更低的临界胶束浓度，具有更强的表面活性，同时具有了更高的耐温性能。
[0016]上述的反应过程如下：
[0017](1)中间体TNO合成
[0018][0019](2)表面活性剂合成
[0020][0021]进一步地，在本专利技术较佳的实例中，将双(2
‑
氯乙基)氨盐酸盐与环氧氯丙烷以1:(1.0
‑
1.2)的摩尔比溶于异丙醇溶液中，加热至40
‑
50℃，反应12小时，通过旋转蒸发除去溶剂，得到中间体TNO。将中间体TNO与芥酸酰胺丙基二甲基叔胺以(3.0
‑
3.2):1摩尔比溶于异丙醇溶液中，加热至70
‑
90℃，反应23
‑
24小时，通过旋转蒸发除去溶剂，最终制得低用量、耐温性好的三阳离子粘弹性表面活性剂JTNO。
[0022]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述制备方法还包括提纯步骤：用乙酸乙酯在40
‑
50℃下溶解粗产品，再将所述乙酸乙酯溶液于0
‑
5℃重结晶，以除去未反应的芥酸酰胺丙基二甲基叔胺，得到结晶产物；通过旋转蒸发处理所述结晶产物，以除去乙酸乙酯，制得低用量、耐温性好的三阳离子粘弹性表面活性剂JTNO。
[0023]本专利技术具有以下有益效果：
[0024](1)本专利技术所采用的化合物均为工业化生产精细化学品，原料易得，生产成本低。
[0025](2)本专利技术的低用量、耐温型三阳离子粘弹性表面活性的制备方法简单，易分解，对地层伤害小；同时，产品的收率大幅提升，普遍达到90％以上。
[0026](3)本专利技术的三阳离子粘弹性表面活性剂聚集极低的临界胶束浓度，临界胶束浓度为2～6
×
10
‑5mol/L易于聚集，形成蠕虫状胶束，具有较高的粘弹性。
[0027](4)本专利技术的产品在高温、超高温下的水溶液具有优异的粘弹性及剪切性能。
[0028](4)本专利技术的表面活性剂的临界胶束浓度为2～6
×
10
‑5mol/L，远低于比传统单链粘弹性表面活性剂以及单子阳离子表面活性剂。
附图说明
[0029]图1低用量、耐温型三阳离子粘弹性表面活性剂的核磁共振结果。
[0030]图2低用量、耐温型三阳离子粘弹性表面活性剂红外色谱结果。
[0031]图3不同浓度下，低用量、耐温型三阳离子粘弹性表面活性剂制备的清洁压裂液的表观粘度。
[0032]图4低用量、耐温型三阳离子粘弹性表面活性剂在含量1wt％时制备的清洁压裂液,100℃时的流变图。
[0033]图5低用量、耐温型三阳离子粘弹性表面活性剂在含量1.5wt％时制备的清洁压裂液,120℃时的流变图。
[0034]图6低用量、耐温型三阳离子粘弹性表面活性剂在含量2wt％时制备的水溶液,140℃时的流变图。
具体实施方式
[0035]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并
非用于限定本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型低用量、耐温型三阳离子粘弹性表面活性剂，具有如下结构式：其中R1,为碳原子数17
‑
21的不饱和烃链。2.根据权利要求书1所述的低用量、耐温型三阳离子粘弹性表面活性剂的合成方法在于，将双(2
‑
氯乙基)胺盐与环氧氯丙烷混合并加热，将反应后得到的产物与不饱和脂肪酸酰胺丙基二甲基叔胺混合，加入并加热，制得低用量、耐温型三阳离子粘弹性表面活性剂。3.根据权利要求书2所述的低用量、耐温型三阳离子粘弹性表面活性剂的合成方法，其特征在于，包括：(1)将双(2
‑
氯乙基)胺盐与环氧氯丙烷按照1:(1.0
‑
1.2)的摩尔比分别溶于异丙醇中，分别得到双(2
‑
氯乙基)胺盐溶液与环氧氯丙烷溶液，并将所述的双(2
‑
氯乙基)胺盐溶液与环氧氯丙烷溶液混合，然后在40
‑
50℃下反应10h
‑
12h,得到中间体；(2)将所述中间体和不饱和脂肪酸酰胺丙基二甲基叔胺按照1：(3.0
‑
3.2)的摩尔比混合，加入异丙醇溶解，然...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛金成，黄子高，寸猛，杨小江，林冲，侯超凡，
申请(专利权)人：四川圣蓉博创能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：