[发明专利]一种双磺酸基表面活性剂、清洁压裂液及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双磺酸基表面活性剂、清洁压裂液及其制备方法，以廉价易得的长链叔胺化合物与环氧氯丙烷作为原料，得到中间体A；中间体A与哌嗪‑N,N'‑二(2‑乙磺酸)倍半钠盐进一步通过季胺化反应制得具有双尾的双磺酸基团表面活性剂，该双磺酸基表活剂具有良好的降低表面活性能力，并且制备简单，以其为稠化剂的清洁压裂液具有优良的耐盐、耐温性，最佳产品在120℃、170s^‑1下的剪切粘度不小于60mPa·s，远大于清洁压裂液现场施工要求25mPa·s，在油田压裂液及提高采收率中具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及表面活性剂技术领域，具体涉及到一种双磺酸基表面活性剂、清洁压裂液及其制备方法。

背景技术

清洁压裂液又称为粘弹性表面活性剂压裂液(VES)或无聚合物压裂液，是水基压裂液的一种。1997年Schlumberger公司推出第一个产品(J508w)，此产品从投入到市场以来，就迅速得到了推广。目前己经成功的实施了多井次的压裂施工，取得了良好的经济效益，但现有清洁压裂液存在耐盐差、成本高、制备工艺复杂的问题。

双子表面活性剂的分子结构与两个表面活性剂分子的聚集相似，故有时又称为二聚表面活性剂或孪链表面活性剂。常用普通表面活性剂只有一个亲水基团和一个亲油基团，而双子表面活性剂中至少含有两个亲水基团(离子头基)和两个疏水基团(碳氢链、碳硅链或碳氟链)，具有高表面活性，另一方面，在两个离子头基间的化学键联接不破坏其亲水性，从而为高表面活性的双子表面活性剂的广泛应用提供了基础。

发明内容

针对上述的缺陷或不足，本发明的目的是提供一种双磺酸基表面活性剂、清洁压裂液及其制备方法，可有效解决现有清洁压裂液体系存在的耐盐差、成本高、制备工艺复杂的问题。

为达上述目的，本发明采取如下的技术方案：

本发明提供一种双磺酸基表面活性剂，其具有如下式(I)结构通式:

其中，R为碳原子数17或21的不饱和烃链。

本发明还提供上述的双磺酸基表面活性剂的制备方法，其合成路线如下所示，具体包括以下步骤：

步骤(1)：将长链叔胺化合物与环氧氯丙烷溶于溶剂中，然后加入盐酸，于50-80℃反应温度条件下，反应14-20小时，制得中间体A；其中，长链叔胺、环氧氯丙烷和盐酸的摩尔用量比为1.0:1.0:1.0-1.5；

步骤(2)：将步骤(1)中制得的中间体A和哌嗪-N,N'-二(2-乙磺酸)倍半钠盐按照摩尔用量比为1:2-3加入反应容器中均匀混合，密闭条件下，于65～90℃回流反应12-20小时，于丙酮中重结晶，过滤干燥，制得双磺酸基表面活性剂。

进一步地，步骤(1)中反应温度为50℃，反应时间为16小时。

进一步地，步骤(1)中的溶剂为二甲基甲酰胺、二氯甲烷、二甲基亚砜、硝基甲烷、乙腈、1,4-二氧六环或无水乙醇，优选为无水乙醇。

进一步地，步骤(2)中的反应温度为80℃，反应时间为12小时。

本发明还提供一种上述的双磺酸基表面活性剂作为稠化剂的清洁压裂液，包括以下质量分数的组分：双磺酸基表面活性剂1.2～2.4％，盐4～6％，余量为水。

进一步地，本发明提供双磺酸基表面活性剂作为稠化剂的清洁压裂液，包括以下质量分数的组分：双磺酸基表面活性剂2.4％，盐4％，余量为水。

进一步地，盐为氯化钾、氯化钠、硫酸镁、氯化钙、氯化铵、水杨酸钠和磺基水杨酸钠中的一种或几种的混合物。