[发明专利]一类含双长链烷氧基的磺基甜菜碱的制备及其应用

说明书

本发明涉及一类含双长链烷氧基的磺基甜菜碱的制备及其应用，属于胶体与界面化学领域。该类双亲化合物具有非常好的界面活性及化学稳定性，能高效地降低原油/水界面张力。其中烷基链长合适的化合物单独使用即能在45℃和0.15mM～10mM浓度范围内将大庆原油/地层水界面张力降至超低。而通过与其它双亲化合物复配，能够获得多种配方，在相当宽的总浓度范围内对大庆原油获得超低界面张力，无需添加任何其它物质如碱、碱性盐、中性电解质以及助表面活性剂等。该类双亲化合物因此是一类优良的无碱驱油用表面活性剂。

技术领域

一类含双长链烷氧基的磺基甜菜碱的制备及其应用，属于胶体与界面化学技术领域。

背景技术

石油作为一种重要的不可再生资源，其产量关系到国计民生，对国家发展有着至关重要的作用。然而随着现代勘探技术的进步和广泛应用，大多数陆地油藏都已经被发现，因此未来发现新油田和通过开发新油田增加原油产量的几率越来越小。

另一方面，已经开发的油田经一采(自喷)和二采(注水驱)仅能采出地下原油储量的30％～40％，这意味着60％～70％的原油仍残留地下。这些残余油通常被圈捕在多孔岩石的孔隙中，由于毛细作用在常规注水压力下难以流出，因此在水驱的后期采出液含水率高达90％以上，失去了经济价值。如果要采出这部分残余油，就要采用新技术，如进行所谓的三次采油(Enhanced Oil Recovery,EOR)。国内外于20世纪80年代提出了一种高效复合驱技术，即将三种化学物质碱(A)、表面活性剂(S)、聚合物(P)溶于水中，代替水驱，可以进一步提高采收率20％左右，称为ASP三元复合驱。其中表面活性剂为最重要的成分，它降低了原油与地层水之间的水界面张力，使得被毛细力圈捕的残余油滴在注水压力下能够流动；聚合物增加了驱替水的粘度，提高了水驱时的波及效率；而碱能够和原油中的活性组分反应，就地生成表面活性物质，它们与外加的表面活性剂产生协同作用，有利于降低原油/地层水界面张力。碱的存在还有利于使岩石表面保持水润湿以及有利于降低表面活性剂在岩石表面上的吸附损失。

鉴于ASP技术的特点和优势，国内大庆、胜利等大油田对ASP三元复合驱技术也进行了广泛的研究和应用。一方面ASP驱技术确能提高采收率20％OOIP，但另一方面，在矿场实验中，ASP技术也逐渐显现出使用强碱如NaOH带来的副作用，包括(1)导致采油设备腐蚀；(2)与地层水中Ca²⁺、Mg²⁺等高价离子反应形成沉淀结垢，堵塞毛细通道，使注入压力增大，加大了能源消耗；(3)使采出液成为稳定的油-水乳状液，破乳困难，不易脱除原油中的水；(4)降低聚合物增稠效果；(5)增加了化学组分的数量，导致配方工艺复杂化。为了克服这些缺陷，人们试图以表面活性剂-聚合物(SP)二元复合驱取代ASP三元复合驱。

然而在无碱条件下，三元复合驱中常用的表面活性剂如石油磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、天然羧酸盐、石油羧酸盐以及木质素磺酸盐等难以将原油/水界面张力降至超低，为此需要开发新的、适合二元驱的表面活性剂。

近年来国内外广泛开展了无碱驱油用表面活性剂的研究和开发，已经报道和试验的无碱驱油用表面活性剂中，两性表面活性剂性能最为优越。

两性表面活性剂是指其亲水基中同时含有正、负电荷中心的双亲化合物。常见两性表面活性剂主要有咪唑啉型、氧化铵型、甜菜碱型、氨基酸型等。其中甜菜碱型两性表面活性剂拥有许多优于其它表面活性剂的性能，如极好的耐硬水和耐电解质性能、低毒、环保、性能温和、配伍性好等。对于高盐高温油藏，两性表面活性剂更是一种重要的、极具潜力的驱油剂。

本发明设计了一种新型的基于可再生原料的双烷基链磺基甜菜碱。这种甜菜碱分子与典型的双长链烷基甜菜碱在分子结构上有所不同，其亲油基通过醚氧基团与亲水基相连，于是表面活性剂分子的亲水亲油性可以通过选用不同碳链长度的反应原料来调整。优良的界面活性及稳定性使其可作为无碱驱油用表面活性剂。

发明内容