一种氧化胺表面活性剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及驱油剂领域，特别涉及一种氧化胺表面活性剂及其制备方法和应用。

背景技术：

石油开采过程一般分为三个阶段，即一次采油、二次采油和三次采油。其中，一次采油和二次采油分别通过地层原始能量及注水开发等物理方法进行采油，通常可以采出30-40％质量分数的原油。而三次采油指的是油藏经一次采油和二次采油后，采用化学助剂，尤其是驱油剂来对油藏中的剩余原油进行开采的过程，一般可采出60-70％质量分数的原油。驱油剂是用以提高原油采收率的一种助剂，通常包括表面活性剂、碱、聚合物等。其中，表面活性剂作为驱油剂的主剂，其能降低油水界面张力，对大幅度提高原油采收率效果十分明显。研究表明，当油水界面张力降低到10^-3数量级时，即油水界面张力降至超低范围时，原油采收率可以大幅提高。所以，提供一种能有效降低油水界面张力的表面活性剂对于提高原油采收率具有重要的意义。

现有技术提供了一种双长链烷基氧化胺表面活性剂，其化学结构式如下所示：

n＝6，8，10，12，14，16。

发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：

现有技术提供的表面活性剂为直链型，其降低油水界面张力的能力有限。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供了一种能使油水界面张力降至超低范围，即界面张力小于0.01mN/m，且性能稳定的氧化胺表面活性剂及其制备方法和应用，具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种氧化胺表面活性剂，该氧化胺表面活性剂的化学结构式如下：

其中，R为直链烷基，通式为C_mH_2m+1，m为8-30的整数，n＝2或3。

第二方面，本发明实施例提供了上述氧化胺表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤a、向第一反应容器中加入格尔伯特酸、碱性催化剂、N,N-二甲基乙二胺或N,N-二甲基-1,3-丙二胺溶液，在150-250℃下搅拌反应5-25小时，搅拌速度为300-800rpm，反应压力为0.2-20MPa，反应完毕后，水洗得到格尔伯特酰基二甲基叔胺。

所述格尔伯特酸与所述N,N-二甲基乙二胺或N,N-二甲基-1,3-丙二胺的比为1：1.1-1.5；所述碱性催化剂的用量为所述格尔伯特酸质量的0.5-1.5％。

所述格尔伯特酸的结构如下：

其中，R为烷基，通式为C_hH_2h+1，h为8-30的整数。

步骤b、在第二反应容器中，将所述格尔伯特酰基二甲基叔胺溶于丙酮溶液中，然后边搅拌边向所述第二反应容器中滴加双氧水，随后加入络合催化剂，在70-90℃下反应4-6小时，加入亚硫酸钠除去过量的双氧水，蒸去丙酮，静置分层，分离出上层液体并洗涤，得到氧化胺表面活性剂，所述格尔伯特酰基二甲基叔胺与所述双氧水的摩尔比为1:1-1.5。

具体地，作为优选，所述碱性催化剂选自碳酸钠、氢氧化钠、偏硼酸钠、氢氧化钾、三乙胺中的一种。

具体地，作为优选，所述络合催化剂为柠檬酸钠溶液。

具体地，作为优选，所述步骤b，采用甲苯进行所述洗涤。

第三方面，本发明实施例提供了上述氧化胺表面活性剂在制备驱油剂中的应用。

第四方面，本发明实施例提供了一种驱油剂，包括上述的氧化胺表面活性剂。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的氧化胺表面活性剂，其化学结构如上所示，其带有支链，使得该氧化胺表面活性剂能大幅度降低油水界面张力至0.01mN/m以下，且该氧化胺表面活性剂性能稳定，将其应用于石油开采过程中作为驱油剂使用，能够显著提高原油采收率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1提供的格尔伯特二十四酸氧化胺表面活性剂与华北油采油四厂原油间的界面张力关系示意图；

图2是本发明实施例2提供的格尔伯特二十酸氧化胺表面活性剂与华北油采油四厂原油间的界面张力关系示意图；

图3是本发明实施例3提供的格尔伯特二十八酸氧化胺表面活性剂与华北油采油三厂岔河集原油间的界面张力关系示意图；

图4是本发明实施例4提供的格尔伯特三十二酸氧化胺表面活性剂与华北油二连蒙古林原油间的界面张力关系示意图；

图5是本发明实施例5提供的包括实施例1的格尔伯特二十四酸氧化胺表面活性剂的二元驱油体系的驱油效果示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

发明人研究发现，表面活性剂在油水界面上排列的越紧密，其界面效率越高，降低油水界面张力的能力越强。当表面活性剂中含有支链时，将使得表面活性剂分子以更直立的空间姿态排列在油水界面上。此时，在链长合适的条件下，使其达到亲水亲油平衡，此时表面活性剂的排列将非常紧密，进而能够显著降低油水界面张力。而且，当表面活性剂含有支链时，其更耐盐，更易溶解，从而使其性能更加稳定。

基于此，第一方面，本发明实施例提供了一种氧化胺表面活性剂，该氧化胺表面活性剂的化学结构式如下：

其中，R为直链烷基，通式为C_mH_2m+1，m为8-30的整数(例如m可为8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30)，n＝2或3。

本发明实施例提供的氧化胺表面活性剂，其化学结构如上所示，其带有支链，使得该氧化胺表面活性剂能大幅度降低油水界面张力至超低，即油水界面张力小于0.01mN/m，且该氧化胺表面活性剂性能稳定，将其应用于石油开采过程中作为驱油剂使用，能够显著提高原油采收率。

第二方面，本发明实施例提供了具有上述结构的氧化胺表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤101、向第一反应容器中加入格尔伯特酸、碱性催化剂、N,N-二甲基乙二胺或N,N-二甲基-1,3-丙二胺溶液，在150-250℃下搅拌反应5-25小时，搅拌速度为300-800rpm，反应压力为0.2-20MPa，反应完毕后，水洗得到格尔伯特酰基二甲基叔胺。

格尔伯特酸与N,N-二甲基乙二胺或N,N-二甲基-1,3-丙二胺溶液的比为1：1.1-1.5；碱性催化剂的用量为格尔伯特酸质量的0.5-1.5％。

格尔伯特酸的结构如下：

其中，R为烷基，通式为C_hH_2h+1，h为8-30的整数。

步骤102、在第二反应容器中，将格尔伯特酰基二甲基叔胺溶于丙酮溶液中，然后边搅拌边向第二反应容器中滴加双氧水，随后加入络合催化剂，在70-90℃下反应4-6小时，加入亚硫酸钠除去过量的双氧水，蒸去丙酮，静置分层，分离出上层液体并洗涤，得到氧化胺表面活性剂。其中，格尔伯特酰基二甲基叔胺与双氧水的摩尔比为1:1-1.5。其中，双氧水的质量浓度为25-35％，优选30％。

本发明实施例提供的方法，反应过程稳定且更易控制，利于得到高纯度、高收率且化学性质稳定的上述氧化胺表面活性剂。

具体地，步骤101中，格尔伯特酸、碱性催化剂、N,N-二甲基乙二胺或N,N-二甲基-1,3-丙二胺的反应可在高压反应釜中进行，反应温度为150℃-250℃，例如150℃、162℃、170℃、185℃、190℃、200℃、220℃、235℃、240℃、250℃，反应时间为5-25小时，例如5、8、10、15、20、25小时。反应在搅拌条件下进行，搅拌速度为300-800rpm，例如300、350、400、550、600、750、800rpm，反应压力为0.2-20MPa，例如0.2、2.5、10.5、15、20MPa。

其中，具有如上化学结构的格尔伯特酸可以通过现有技术提供的方法制备得到，例如可以参见田烈光的《格尔伯特醇及其衍生物》(发表于《合成润滑材料》，1997)中所述的方法制备本发明实施例期望的格尔伯特酸。通过调整格尔伯特酸中碳原子的数目，来相应调整该氧化胺表面活性剂的化学结构式中的m值。通过采用N,N-二甲基乙二胺溶液，以保证该氧化胺表面活性剂的化学结构式中的n值为2，通过采用N,N-二甲基-1,3-丙二胺溶液，以保证该氧化胺表面活性剂的化学结构式中的n值为3。

具体地，步骤101中，反应完毕后，水洗分液，即采用质量分数为8-12％的碱溶液，如氢氧化钾，和蒸馏水对反应产物进行一次或多次清洗，最后分液，分离得到不溶于水的反应产物即为期望的格尔伯特酰基二甲基叔胺。

此外，该步骤101中所使用碱性催化剂，选自碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、偏硼酸钠或者三乙胺溶液中的至少一种。其中，该碱性催化剂的用量为格尔伯特酸质量的0.5-1.5％。进一步地，所使用的碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、偏硼酸钠或者三乙胺溶液均可采用本领用常用的化学纯类产品，上述各个组分的质量浓度范围一般为8-10％。在步骤101中，加入碱性催化剂的作用是促进格尔伯特酸与N,N-二甲基乙二胺或N,N-二甲基-1,3-丙二胺的反应，以更快得到格尔伯特酰基二甲基叔胺，但该反应在没有碱性催化剂的情况下也能进行，所以碱性催化剂在该反应中不是必须的。

具体地，步骤102中，所使用的络合催化剂为柠檬酸钠溶液，其用量为格尔伯特酰基二甲基叔胺质量的0.5-1.5％。加入络合催化剂，主要是络合水中的金属离子，因为金属离子的存在，容易使生成的氧化胺分解，所以需要在反应中加入络合催化剂，使反应更加均匀、充分。其中，格尔伯特酰基二甲基叔胺与双氧水的反应温度为70-90℃，如70℃、73℃、75℃、78℃、80℃、85℃、88℃、90℃；反应时间为4-6小时，如4、5、6小时。

具体地，在该步骤102中，分离出上述反应产物后，清洗上层液体的溶液为甲苯溶液，以除去其中的杂质，保证得到高纯氧化胺表面活性剂。

第三方面，本发明实施例还提供了氧化胺表面活性剂在作为驱油剂中的应用。该氧化胺表面活性剂可应用于驱油剂的制备中，在其用作驱油剂时，其可单独使用，也可与其他助剂复配使用，以达到降低油水界面张力，有效提高原油采收率的目的。

第四方面，本发明实施例还提供了一种驱油剂，其中包括氧化胺表面活性剂。其中，氧化胺表面活性剂的用量以达到驱油目的为宜。进一步地，为了提高驱油剂的驱油功能及效率，该驱油剂还可包括聚合物和碱。其中，聚合物和碱均为驱油领域常用的物质，本发明实施例中在此不作具体限定。

基于上述，本发明实施例提供了一种含有氧化胺表面活性剂的驱油剂，包括以下重量份的组分：

氧化胺表面活性剂0.05-0.3％份、聚合物0.15％、其余为水。

以下将通过具体实施例进一步详细描述本发明。

以下实施例中的各种格尔伯特酸均购自深圳金腾龙贸易有限公司。

实施例1

本实施例提供了一种格尔伯特二十四酸氧化胺表面活性剂，其中m＝10，n＝3，其化学结构式为：

格尔伯特二十四酸氧化胺表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤101、向高压反应釜中加入格尔伯特二十四酸、质量分数为10％的KOH、N,N-二甲基-1,3-丙二胺溶液，其中，格尔伯特二十四酸与N,N-二甲基-1,3-丙二胺溶液的比为1：1.1，KOH的用量为格尔伯特二十四酸质量的0.5％。在180℃下搅拌反应20小时，搅拌速度为400rpm，反应压力为10.5MPa，反应完毕后，分离出上层液体即为所需产物，先后用质量分数为10％的KOH和蒸馏水对产物进行清洗。最后，蒸去碱液，得到格尔伯特二十四酸酰基二甲基叔胺。

其中，格尔伯特二十四酸的结构如下：

步骤102、向第二反应容器中加入格尔伯特二十四酸酰基二甲基叔胺，加入丙酮溶液将所述格尔伯特二十四酸酰基二甲基叔胺溶解，边搅拌边滴加质量浓度为30％的双氧水，格尔伯特二十四酸酰基二甲基叔胺与所述双氧水的摩尔比为1:1.2。然后加入络合催化剂柠檬酸钠溶液，柠檬酸钠溶液的用量为格尔伯特二十四酸酰基二甲基叔胺的1％，控制反应温度为70℃，反应5小时。然后加入亚硫酸钠除去过量的双氧水，蒸去丙酮，静置分层，分离出上层液体并用甲苯进行洗涤，得到格尔伯特二十四酸氧化胺表面活性剂。

测定本实施例提供的格尔伯特二十四酸氧化胺表面活性剂与原油间的界面张力。其中，原油为华北油采油四厂原油，水为根据注入水配方所配制的模拟水。然后，配制质量浓度为0.2％的氧化胺溶液，溶剂为注入水。测试温度为54℃。测试仪器为TX500C型旋转界面张力仪。

测试结果如附图1所示，从图中可以看出，本实施例的格尔伯特二十四酸氧化胺表面活性剂能使油水界面张力在120分钟内降至0.01mN/m以下，可见，本实施例提供的氧化胺表面活性剂能有效用作驱油剂使用。

实施例2

本实施例提供了一种格尔伯特二十酸氧化胺表面活性剂，其中m＝8，n＝3，其化学结构式为：

格尔伯特二十酸氧化胺表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤101、向高压反应釜中加入格尔伯特二十酸、质量分数为10％的NaOH、N,N-二甲基-1,3-丙二胺溶液，其中，格尔伯特二十酸与N,N-二甲基-1,3-丙二胺溶液的比为1：1.2，NaOH的用量为格尔伯特二十酸质量的0.8％。在200℃下搅拌反应22小时，搅拌速度为450rpm，反应压力为8.5MPa，反应完毕后，分离出上层液体即为所需产物，先后用质量分数为10％的NaOH和蒸馏水对产物进行清洗。最后，蒸去碱液，得到格尔伯特二十酸酰基二甲基叔胺。

其中，格尔伯特二十酸的结构如下：

步骤102、向第二反应容器中加入格尔伯特二十酸酰基二甲基叔胺，加入丙酮溶液将所述格尔伯特二十酸酰基二甲基叔胺溶解，边搅拌边滴加质量浓度为30％的双氧水，格尔伯特二十酸酰基二甲基叔胺与所述双氧水的摩尔比为1:1.5。然后加入络合催化剂柠檬酸钠，加入柠檬酸钠的量为格尔伯特二十酸酰基二甲基叔胺的0.8％，控制反应温度为80℃，反应4.5小时。然后加入亚硫酸钠除去过量的双氧水，蒸去丙酮，静置分层，分离出上层液体并用甲苯进行洗涤，得 到格尔伯特二十酸氧化胺表面活性剂。

测定本实施例提供的格尔伯特二十酸氧化胺表面活性剂与原油间的界面张力。其中，原油为华北油采油四厂原油，水为根据注入水配方所配制的模拟水。然后，配制质量浓度为0.2％的氧化胺溶液，溶剂为注入水。测试温度为54℃。测试仪器为TX500C型旋转界面张力仪。

测试结果如附图2所示，从图中可以看出，本实施例的格尔伯特二十酸氧化胺表面活性剂能使油水界面张力在120分钟内降至0.01mN/m以下，可见，本实施例提供的氧化胺表面活性剂能有效用作驱油剂使用。

实施例3

本实施例提供了一种格尔伯特二十八酸氧化胺表面活性剂，其中m＝12，n＝2，其化学结构式为：

格尔伯特二十八酸氧化胺表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤101、向高压反应釜中加入格尔伯特二十八酸、质量分数为10％的NaCO₃、N,N-二甲基乙二胺溶液，其中，格尔伯特二十八酸与N,N-二甲基乙二胺溶液的比为1：1.3，NaCO₃的用量为格尔伯特二十八酸质量的1.2％。在220℃下搅拌反应20小时，搅拌速度为500rpm，反应压力为14.5MPa，反应完毕后，分离出上层液体即为所需产物，先后用质量分数为10％的NaCO₃和蒸馏水对产物进行清洗。最后，蒸去碱液，得到格尔伯特二十八酸酰基二甲基叔胺。

其中，格尔伯特二十八酸的结构如下：

步骤102、向第二反应容器中加入格尔伯特二十八酸酰基二甲基叔胺，加入 丙酮溶液将所述格尔伯特二十八酸酰基二甲基叔胺溶解，边搅拌边滴加质量浓度为28％的双氧水，格尔伯特二十八酸酰基二甲基叔胺与所述双氧水的摩尔比为1:1.3。然后加入络合催化剂柠檬酸钠，加入柠檬酸钠的量为格尔伯特二十八酸酰基二甲基叔胺的1.2％，控制反应温度为85℃，反应4小时。然后加入亚硫酸钠除去过量的双氧水，蒸去丙酮，静置分层，分离出上层液体并用甲苯进行洗涤，得到格尔伯特二十八酸氧化胺表面活性剂。

测定本实施例提供的格尔伯特二十八酸氧化胺表面活性剂与原油间的界面张力。其中，原油为华北油采油三厂岔河集原油，水为根据注入水配方所配制的模拟水。然后，配制质量浓度为0.2％的氧化胺溶液，溶剂为注入水。测试温度为72℃。测试仪器为TX500C型旋转界面张力仪。

测试结果如附图3所示，从图中可以看出，本实施例的格尔伯特二十八酸氧化胺表面活性剂能使油水界面张力在120分钟内降至0.01mN/m以下，可见，本实施例提供的氧化胺表面活性剂能有效用作驱油剂使用。

实施例4

本实施例提供了一种格尔伯特三十二酸氧化胺表面活性剂，其中m＝14，n＝2，其化学结构式为：

格尔伯特三十二酸氧化胺表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤101、向高压反应釜中加入格尔伯特三十二酸、质量分数为10％的NaOH、N,N-二甲基乙二胺溶液，其中，格尔伯特三十二酸与N,N-二甲基乙二胺溶液的比为1：1.4，NaOH的用量为格尔伯特三十二酸质量的1.3％。在230℃下搅拌反应20小时，搅拌速度为500rpm，反应压力为15MPa，反应完毕后，分离出上层液体即为所需产物，先后用质量分数为10％的NaOH和蒸馏水对产物进行清洗。最后，蒸去碱液，得到格尔伯特三十二酸酰基二甲基叔胺。

其中，格尔伯特三十二酸的结构如下：

步骤102、向第二反应容器中加入格尔伯特三十二酸酰基二甲基叔胺，加入丙酮溶液将所述格尔伯特三十二酸酰基二甲基叔胺溶解，边搅拌边滴加质量浓度为30％的双氧水，格尔伯特三十二酸酰基二甲基叔胺与所述双氧水的摩尔比为1:1.5。然后加入络合催化剂柠檬酸钠，加入柠檬酸钠的量为格尔伯特三十二酸酰基二甲基叔胺的1.3％，控制反应温度为85℃，反应4小时。然后加入亚硫酸钠除去过量的双氧水，蒸去丙酮，静置分层，分离出上层液体并用甲苯进行洗涤，得到格尔伯特三十二酸氧化胺表面活性剂。

测定本实施例提供的格尔伯特三十二酸氧化胺表面活性剂与原油间的界面张力。其中，原油为华北油二连蒙古林原油，水为根据注入水配方所配制的模拟水。然后，配制质量浓度为0.2％的氧化胺溶液，溶剂为注入水。测试温度为38℃。测试仪器为TX500C型旋转界面张力仪。

测试结果如附图4所示，从图中可以看出，本实施例的格尔伯特三十二酸氧化胺表面活性剂能使油水界面张力在120分钟内降至0.01mN/m以下，可见，本实施例提供的氧化胺表面活性剂能有效用作驱油剂使用。

实施例5

本实施例利用实施例1提供的格尔伯特二十四酸氧化胺表面活性剂进行原油驱替实验。

其中：实验仪器为岩芯驱替装置，单层均质填砂管的长度为50cm，直径为2.5cm。实验样品为二元驱油体系，包括格尔伯特二十四酸氧化胺表面活性剂和聚丙烯酰胺(购自北京恒聚化工集团有限责任公司，型号为ky-6)，其中，格尔伯特二十四氧化胺表面活性剂的质量分数为0.3％，聚丙烯酰胺的分子量为2500万。实验中使用的原油为华北油田采油四厂京11断块脱水原油，使用的水为京11断块现场注入水。实验温度为54℃，二元驱油体系的注入速度为0.4ml/min。

实验中，将二元驱油体系注入单层均质填砂管，水驱至驱出液中综合含水为98％时，改注入0.3PV(质量分数为0.3％的表面活性剂+1500mg/L聚合物)的二 元驱油体系，然后进行后续水驱至不出油时，结束实验。实验结果见附图5。

从附图5中可以看出，采用实施例1提供的尔伯特二十四酸氧化胺表面活性剂作为驱油剂，在水驱的基础上，提高采收率13.6％，原油的最终采收率可达到66.2％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。