一种烷基糖苷磺酸盐表面活性剂及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于C02泡沫驱体系的表面活性剂烷基糖苷磺酸盐，属于三次采 油领域。
【背景技术】
[0002] 二氧化碳泡沫驱与空气、氮气泡沫驱的区别在于二氧化碳泡沫驱能够形成混相 驱、膨胀原油、降低原油的粘度、密度，这主要是由于二氧化碳在原油和水中的溶解度要比 空气和氮气大得多，溶解后的溶液呈酸性；目前，国内外对于co2泡沫配方体系的研究主要 是针对现有起泡用表面活性剂的筛选；在高矿化度尤其是高浓度二价盐和酸性条件下，表 面活性剂的泡沫稳定性均不尽人意。
[0003] 烷基糖苷（APG)是由葡萄糖的半缩醛羟基和脂肪醇羟基，在酸性催化剂作用下失 去一分子水而得到的混合产物，又称烷基多苷，其生产原料全部来自于天然可再生资源，除 了具有生物降解迅速彻底，无毒、无刺激性的特点外，还具有发泡性、润湿性好，表面张力 低，与其他表面活性剂配伍性好，协同效应佳等优点，被称为"绿色表面活性剂"，但是烷基 糖苷在高矿化度下溶解性差，随着烷基链长的增加，其水溶性会逐渐降低。
[0004] 文献"烷基多苷乙基磺酸钠的合成及其性能复配"（日用化学工业，2011，41(1)) 以烷基多苷为原料，氯乙基磺酸钠为磺化剂，合成了烷基多苷乙基磺酸钠。但是原料烷基多 苷购买后要做除水处理，反应体系为两相，因此操作复杂，反应产率低。
[0005] CN1309799C公开了制备一种含改性烷基糖苷的改性助剂作为低起泡性的钻井液， 将烷基糖苷在角鲨烷中分散均匀后，加入催化剂和马来酸酐在100-120°C下反应1-2小时， 得到烷基糖苷磺基琥珀酸单酯盐，但是反应所用烷基糖苷为不含水的纯晶烷基糖苷，而工 业生产的烷基糖苷都含有水，反应前需要脱水处理，成本高。
[0006] 因此，提供一种新的表面活性剂成为本领域亟待解决的问题之一。
【发明内容】
[0007] 为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种烷基糖苷磺酸盐表面活性剂，该表 面活性剂能够克服烷基糖苷水溶性、抗硬水能力差等问题，在高矿化度尤其是高浓度二价 盐和酸性条件下，具有良好的泡沫稳定性。
[0008] 为达到上述目的，本发明提供了一种烷基糖苷磺酸盐表面活性剂，其具有式I所 示的结构：
[0009]
[0010] 其中，R为直链或支链烷基；η为平均聚合度，其数值为1-2 ;M为Na或K。
[0011] 工业用烷基糖苷是由聚合度为1和2的烷基糖苷的混合而成的，故其平均聚合度 为 1_2〇
[0012] 本发明提供的技术方案在烷基糖苷上引入了磺酸基，由于磺酸基的电荷密度大、 水化能力强，对外界阳离子的进攻不敏感，使得烷基糖苷磺酸盐与烷基糖苷相比，一方面水 溶性有了大幅度提高，另一方面耐温性、耐盐性也有了大幅改善。
[0013] 在上述烷基糖苷磺酸盐表面活性剂中，优选地，所述R为C6-C14的直链或支链烷 基；当烷基碳数〈6时，烷基糖苷磺酸盐不具有发泡性能；而当烷基碳数>14时，烷基糖苷磺 酸盐不仅溶解度较差，且发泡性能弱，不能作为发泡剂使用，只有采用本发明技术方案中的 烷基碳数，才能够使烷基糖苷磺酸盐的溶解度和发泡性均达到最好。
[0014] 在上述烷基糖苷磺酸盐表面活性剂中，优选地，所述Μ为Na。
[0015] 本发明还提供了一种制备上述烷基糖苷磺酸盐表面活性剂的方法，其包括以下步 骤：
[0016]步骤一、将烷基糖苷置于包含水和醇的混合溶剂中，然后向其中加入碱性物质进 行碱化反应，得到中间体系；
[0017] 步骤二、向上述中间体系中加入3-氯-2-羟基丙磺酸钠或3-氯-2-羟基丙磺酸 钾进行醚化反应，得到烷基糖苷磺酸盐表面活性剂。
[0018] 本发明提供的技术方案，反应前无需对烷基糖苷进行脱水，操作简单，只需两步反 应即可制取烷基糖苷磺酸盐；与此同时，本发明提供的技术方案采用水和醇的混合溶液作 为反应的溶剂，能够使体系中的氢氧化钠和3-氯-2-羟基丙磺酸盐溶解，提高反应的产率。
[0019] 在上述方法中，步骤一中的碱性物质能够使烷基糖苷上的羟基活化从而形成活性 更大的醇盐形式。
[0020] 在上述方法中，优选地，所述碱性物质包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸氢 钠。
[0021] 在上述方法中，优选地，所述溶剂包括水和醇；更优选地，所述水和醇的体积比为 (0. 05-0. 3) :1 ;当水和醇的体积比小于0. 05时（即水的含量少），此时体系中的氢氧化钠 和3-氯-2-羟基丙磺酸盐不能完全溶解，体系为两相反应，转化率将会变低；当水和醇的体 积比大于0. 3时（即水的含量多），此时3-氯-2-羟基丙磺酸盐容易发生水解，转化率同样 会变低，只有采用本发明技术方案中的水醇体积比值，才能够避免上述问题的产生，获得最 高的转化率；进一步优选地，所述水和醇的体积比为（0.08-0.25) :1;更进一步优选地，所 述醇包括甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇中一种。
[0022] 在上述方法中，优选地，在步骤一中，进行碱化反应时，反应温度为45-65Γ，反应 时间为〇. 5-2h。
[0023] 在上述方法中，优选地，在步骤二中，进行醚化反应时，反应温度为45-85Γ，反应 时间为3-9h。
[0024] 本发明还提供了上述烷基糖苷磺酸盐表面活性剂在二氧化碳泡沫驱体系中的应 用。
[0025] 在上述应用中，优选地，所述烷基糖苷磺酸盐在二氧化碳泡沫驱体系中的质量百 分比浓度为0. 1% -0. 8% ;更优选地，烷基糖苷磺酸盐表面活性剂在应用时，地层的温度为 0-150°C，地层水的矿化度彡100000mg/L。
[0026] 本发明的有益效果：
[0027] 本发明提供的烷基糖苷磺酸盐的制备只需两步反应即可完成，合成工艺简单，产 率高；反应中间体及产物无需复杂的处理工艺，反应无需除水，易于工业化放大生产；且与 烷基糖苷相比，烷基糖苷磺酸盐的水溶性和耐盐性大大增加，在高矿化度尤其是高浓度二 价盐和酸性条件下，具有良好的泡沫稳定性。
【附图说明】
[0028]图1为实施例1提供的癸基葡萄糖苷磺酸钠的ESI-MS谱图；
[0029]图2为实施例1提供的癸基葡萄糖苷磺酸钠的红外谱图；
[0030] 图3为实施例1提供的癸基葡萄糖苷磺酸钠的发泡能力及泡沫稳定性与其浓度之 间的关系曲线图；
[0031]图4为实施例1提供的癸基葡萄糖苷磺酸钠与癸基葡萄糖苷的抗二价盐性能对比 图；
[0032]图5为实施例1提供的癸基葡萄糖苷磺酸钠与癸基葡萄糖苷的抗吸附能力对比 图。
【具体实施方式】
[0033] 为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技 术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
[0034] 实施例1
[0035] 本实施例提供了一种烷基糖苷磺酸盐表面活性剂的制备方法，其包括以下步骤：
[0036] 将16g(0. 05mol)癸基葡萄糖苷溶于4mL水和25mL异丙醇的混合溶剂中，在50°C 条件下加入2. 8g(0. 07mol)氢氧化钠，碱化1小时后，加入13. 76g3-氯-2-羟基丙磺酸钠， 在70°C条件下恒温反应5小时，得到癸基葡萄糖苷磺酸钠，将所得产物分离提纯，计算得到 产率为40. 8%。
[0037] 对得到的产物进行结构分析，从ESI-MS谱图（图1)中可以看出，457. 3m/z峰是聚 合度为1，烷基数为10的癸基葡萄糖苷磺酸盐的离子峰（M-H+);从红外光谱图（图2)中可 以看出3385cm1附近的峰为0-H伸缩振动峰，2934. 8cm1为-〇13的伸缩振动峰，1474. 5cm1 为_〇13的弯曲振动峰，2676. 9cm1为-〇12的伸缩振动峰，1188. 6cm1和1170. 4cm1为C-0的 伸缩