陰非磺酸鹽表面活性劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種陰非磺酸鹽表面活性劑及其制備方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中作為驅(qū)油劑體系主要組成的表面活性劑存在界面活性低、耐溫抗鹽性能差、在地層運(yùn)移過程中因濃度降低而使得油水界面張力升高的問題。本發(fā)明通過采用含有分子通式為（1）或（2）的陰非磺酸鹽，其中R1為C1～C20的烷基，R2為H或C1～C6的烷基，R3為C1～C30的烷基，M為選自堿金屬中的任意一種金屬離子或銨基，m為乙氧基團(tuán)EO的加合數(shù)，n為丙氧基團(tuán)PO的加合數(shù)，其取值范圍為1～20中的任意一個(gè)整數(shù)，x、y和z為磺酸基團(tuán)的個(gè)數(shù)，其取值范圍為（x+y）或z的數(shù)值為1~5的技術(shù)方案，較好地解決了該問題，可用于油田的三次采油生產(chǎn)中。
【專利說明】陰非磺酸鹽表面活性劑及其制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陰非磺酸鹽表面活性劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界能源需求的增加，石油的合理開發(fā)利用已引起人們的極大重視，在能源日趨緊張的今天，提高采收率已成為石油開采研究的重大課題，水驅(qū)后約有2/3的油滯留在較細(xì)的或喉徑較窄的毛細(xì)孔道中，處于高分散狀態(tài)，因油水間的界面張力約30mN/m，要驅(qū)替這部分油，單靠增大壓差難度很大。因驅(qū)動(dòng)所需壓差為9806.7Kpa，而注水時(shí)壓差僅為196.1~392.3Kpa，遠(yuǎn)小于驅(qū)動(dòng)壓差。
[0003]化學(xué)驅(qū)是三次采油的主要方法，而表面活性劑驅(qū)在化學(xué)驅(qū)中占有重要地位，表面活性劑無論是作為主劑還是作為助劑驅(qū)油，對(duì)大幅度提高采收率均起到不可估量的作用。使用表面活性劑能提高原油采收率的主要機(jī)理是:在油田進(jìn)入高含水期后，剩余油以不連續(xù)的油膜被圈閉在油藏巖石的孔隙中，作用于油珠上的兩個(gè)主要力是粘滯力和毛細(xì)管力，如果選用合適的表面活性劑體系，降低油水間的界面張力，使儲(chǔ)油層油水間的界面張力從20~30mN/m降至較低或超低值(10_3~10_4mN/m),便能減少使剩余油移動(dòng)時(shí)油珠變形所帶來的阻力，從而大幅提高驅(qū)油效率。表面活性劑驅(qū)提高原油采收率主要決定于表面活性劑在油層中的波及效率和驅(qū)油效率。
[0004]
即 Er=E υ.E d
式中:E r表示采收率，% ； E υ表示波及效率，% ； E d表示驅(qū)油效率，％。
[0005]因此，提高E r必須從提高E V和E d入手。活性劑(包括表面活性劑和堿)由于具有降低油水界面張力等作用，能夠提高E d (驅(qū)油效率)。這一效應(yīng)可由綜合效應(yīng)參數(shù)毛管數(shù)(N)來描述:
E d °^N
N =驅(qū)動(dòng)力/粘滯力^ μ.υ/ Yow
式中:μ表示注入相粘度；u表示注入相液流速度；Y “表示油水間界面張力。
[0006]實(shí)踐已證明，要有效地降低殘余油飽和度，必須將毛管數(shù)提高3~4個(gè)數(shù)量級(jí)。由于油層注入量和壓力有限，因此單靠提高μ和u是不夠的，但可以將油水界面張力￥“降低3個(gè)或更高的數(shù)量級(jí)，從而大大提高毛管數(shù)并使E d (驅(qū)油效率)顯著提高，這也是活性劑主要的驅(qū)油機(jī)理。而要提高波及效率，主要辦法是減小驅(qū)替液的流度，這一點(diǎn)可以通過加入聚合物增加驅(qū)替液粘度來實(shí)現(xiàn)。在三采作業(yè)中，運(yùn)用A S P三元復(fù)合驅(qū)驅(qū)油體系，通過加入表面活性劑可以得到油水間的超低界面張力使驅(qū)油效(Ed)率增加，通過注入聚合物以增加注入液粘度提高波及效率(E V )，注入堿以減少表面活性劑的吸附。充分利用A SP有益的協(xié)同組合效應(yīng)，提高原油采收率(Er)。 [0007]目前驅(qū)油用表面活性有陰離子表面活性劑如石油磺酸鹽、烷基磺酸鹽、烯基磺酸鹽和木質(zhì)素磺酸鹽等，復(fù)配表面活性劑大多為陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑的復(fù)配物，并且在使用中加入助劑堿，以便降低油/水界面張力。中國專利CN1458219A公開了一種三次采油應(yīng)用的表面活性劑/聚合物二元超低界面張力復(fù)合驅(qū)配方，其中使用的表面活性劑是石油磺酸鹽或以石油磺酸鹽為主劑加稀釋劑和其它表面活性劑復(fù)配的復(fù)合表面活性劑，其組份的重量百分比為石油磺酸鹽50~100%，烷基磺酸鹽O~50%，羧酸鹽O~50%，烷基芳基磺酸鹽O~35%，低碳醇O~20%,該面活性劑活性差、驅(qū)油效率低，表面活性劑體系過于復(fù)雜；中國專利CN86107891、CN02103698、CN02103697等報(bào)道了以烷基苯磺酸鹽復(fù)配表面活性劑體系應(yīng)用于提高原油采收率，由于驅(qū)油體系為復(fù)配化合物，實(shí)際應(yīng)用會(huì)出現(xiàn)色譜分離等問題；中國專利CN 1528853、CN 1817431、CN 1066137等相繼報(bào)道了雙酰胺型陽離子型、含氟陽離子型及含吡啶基陽離子雙子表面活性劑，但由于陽離子具有吸附損耗大、成本高等缺點(diǎn)。近年來陰離子型和非離子型雙子表面活性劑的研究開發(fā)也得到了越來越多的重視，如中國專利CN 101073757報(bào)道了一種陰離子不對(duì)稱雙子的合成。而由于陰離子型表面活性劑具有耐鹽性差，而非離子型具有耐溫性差的缺點(diǎn)，使得這些產(chǎn)品無法在聞溫聞鹽油減的得到應(yīng)用。Kraft等考察了在水質(zhì)礦化度聞達(dá)220 g/L的條件下,5%聚氧乙烯醚烷基羧甲基鈉的微乳體系相態(tài)、相變溫度(PIT)規(guī)律和界面張力，結(jié)果表明，該表面活性劑在95°C下3周內(nèi)基本不分解，吸附損失0.4 mg/g，且無明顯的色譜分離，但由于表面活性劑使用量大、成本高，微乳液驅(qū)油作為三次強(qiáng)化采油受到了限制。
[0008]陰非離子表面活性劑近年來一直是三次采油(EOR)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，由于其分子結(jié)構(gòu)中將兩種不同性質(zhì)的非離子基團(tuán)和陰離子基團(tuán)設(shè)計(jì)在同一個(gè)表面活性劑分子中，使其兼具陰離子和非離子表面活性劑的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)勢互補(bǔ)、性能優(yōu)良，因此顯示了良好的應(yīng)用前景，尤其針對(duì)無堿存在的二元復(fù)合驅(qū)體系，由于沒有堿的存在不但避免了油層的堵塞、結(jié)垢和腐蝕等問題，而且能與原油形成超低界面張力。針對(duì)高溫中鹽的低滲透油藏，我們理應(yīng)尋求一種在地層溫度下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并能與原油形成10_2~10_4mN/m超低界面張力的高活性表面活性劑。本發(fā)明所述的正是這種適用于高溫中鹽低滲透油藏的含聚氧乙烯聚氧丙烯醚烷基苯磺酸鹽陰非表面活性劑的制備方法及其性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是現(xiàn)有技術(shù)中作為驅(qū)油劑體系主要組成的表面活性劑存在界面活性低、耐溫抗鹽性能差`、在地層運(yùn)移過程中因濃度降低而使得油水界面張力升高的問題，提供一種新的陰非磺酸鹽表面活性劑。以此陰非磺酸鹽表面活性劑配制的水溶液，在較寬的濃度范圍、高溫中鹽條件下仍能與原油形成10-2~IO-4毫牛/米超低界面張力，從而提高了驅(qū)油劑體系的驅(qū)油效率。
[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二是提供一種與解決技術(shù)問題之一相對(duì)應(yīng)的陰非磺酸鹽表面活性劑的制備方法。
[0011]為了解決上述技術(shù)問題之一，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種陰非磺酸鹽表面活性劑，其分子通式(I)或(2)為:
【權(quán)利要求】
1.一種陰非磺酸鹽表面活性劑，其分子通式(I)或(2)為:

2.據(jù)權(quán)利要求1所述的陰非磺酸鹽表面活性劑，其特征在于所述堿金屬為鈉或鉀為C4~C16的烷基；R2為H或C1~C4的烷基；R3為C6~C24的烷基；m、η為2~10中的任意一個(gè)整數(shù)；(x+y)或ζ的數(shù)值為f 2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陰非磺酸鹽表面活性劑，其特征在于所述堿金屬為鈉況為C8~C12的烷基；R3為C8~C18的烷基;m、η為3~8中的任意一個(gè)整數(shù)。
4.權(quán)利要求1所述的陰非磺酸鹽表面活性劑的制備方法，包括以下步驟: (a)聚氧乙烯聚氧丙烯醚的制備: 將烷基酚或脂肪醇、環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷按所需配比在反應(yīng)溫度為85~160°C，壓力小于0.SOMPa表壓條件下，鈣鋇雙金屬化合物為催化劑，反應(yīng)得聚氧乙烯聚氧丙烯醚；其中烷基酚或脂肪醇與環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷的摩爾比為1:1~20:1~20，催化劑用量為烷基酚或脂肪醇質(zhì)量的1.0~8.0 % ； (b)聚氧乙烯聚氧丙烯烷基芐基醚的制備: 步驟(a)合成的聚氧乙烯聚氧丙烯醚按所需配比與氯化芐或烷基氯化芐、氫氧化鉀或氫氧化鈉和陽離子季銨鹽催化劑混合，以苯、甲苯、二甲苯為溶劑，在反應(yīng)溫度40~100°C，反應(yīng)3~15小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)后處理得聚氧乙烯聚氧丙烯烷基芐基醚；其中聚氧乙烯聚氧丙烯醚、氯化芐或烷基氯化芐、氫氧化鉀或氫氧化鈉和陽離子季銨鹽的摩爾比為I: I ~3: I ~4: 0.01 ~0.2 ; (C)聚氧乙烯聚氧丙烯醚烷基苯磺酸鹽的制備:步驟(b)合成的聚氧乙烯聚氧丙烯烷基芐基醚與磺化劑按所需配比在反應(yīng)溫度為30~80°C條件下，反應(yīng)I~10小時(shí)得聚氧乙烯聚氧丙烯醚烷基苯磺酸，以堿中和得聚氧乙烯聚氧丙烯醚烷基苯磺酸鹽；其中聚氧乙烯聚氧丙烯烷基芐基醚與磺化劑的摩爾比為1:1~6，磺化劑為98wt%的濃硫酸或l(T50wt%的發(fā)煙硫酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰非磺酸鹽表面活性劑的制備方法，其特征在于，步驟(b)中的溶劑為甲苯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰非磺酸鹽表面活性劑的制備方法，其特征在于，步驟(a)中烷基酚或脂肪醇與環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷的摩爾比為1: 2~10: 2~10。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰非磺酸鹽表面活性劑的制備方法，其特征在于，步驟(b)中聚氧乙烯聚氧丙烯醚、氯化芐或烷基氯化芐、氫氧化鉀或氫氧化鈉和陽離子季銨鹽的摩爾比為 1:1 ~1.5: 1.5 ~3.0: 0.02 ~0.1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰非磺酸鹽表面活性劑的制備方法，其特征在于，步驟(c)中，聚氧乙烯聚氧丙烯烷基`芐基醚與磺化劑的摩爾比為1:2~5。
【文檔編號(hào)】B01F17/12GK103768991SQ201210412580
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月25日
【發(fā)明者】沈之芹, 沙鷗, 姚峰, 朱霞 申請(qǐng)人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院