化学驱表面活性剂组合物及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种化学驱表面活性剂组合物、制备方法及其在强化采油中的应用。
【背景技术】
[0002] 随着世界能源需求的增加，石油的合理开发利用已引起人们的极大重视，对石油 的开采量及开采效率的要求也越来越高。实现油气资源的高效开采，对于提高原油产量不 仅具有现实意义，更具有重要的战略意义。常规的采油方法（一次和二次法）一般仅采出 原油地质储量的1/3,还有约2/3的原油未能采出，因此在能源日趋紧张的情况下，提高采 油率已成为石油开采研究的重大课题。三次采油技术则是一种有效的提高采油率的方法， 可分为四大类：一是热力驱，包括蒸汽驱、火烧油层等；二是混相驱，包括CO 2混相、烃混 相及其他惰性气体混相驱；三是化学驱；四是微生物采油，包括生物聚合物、微生物表面 活性剂驱。化学驱是强化采油中非常重要并大规模实施的技术，包括聚合物驱、表面活性 剂驱、碱水驱等以及聚合物、碱、表面活性剂的多种组合技术。化学驱的效果是物理作用和 化学作用的结果，物理作用是指驱替液的波及作用，而化学作用是指驱替液的微观驱油作 用。化学作用的核心是降低驱替液与原油的界面张力。表面活性剂由于兼具亲油(疏水)和 亲水(疏油）性质，当表面活性剂溶于水时，分子主要分布在油水界面上，可以显著降低油 水界面张力。油水界面张力的降低意味着表面活性剂体系能够克服原油间的内聚力，将大 油滴分散成小油滴，从而提高原油流经孔喉时的通过率。表面活性剂的驱油效果还表现在 使亲油的岩石表面润湿性反转、原油乳化、提高表面电荷密度及油滴聚并等作用，这是表 面活性剂在化学驱技术中起举足轻重作用的原因。
[0003] 众所周知，阴离子表面活性剂，如石油磺酸盐、石油羧酸盐、烷基苯磺酸盐等目前 被大量应用于三次采油过程中，而阳离子表面活性剂因其易被地层吸附或产生沉淀，故降 低油水界面张力的能力差，一般不用于三次采油。由于阴阳离子表面活性剂接近等比例混 合时其水溶液容易形成沉淀，从而导致阴阳离子表面活性剂混合体系不仅在应用中成为配 伍禁忌，而且相关理论研究也比较滞后。近年来的研究发现，阴阳离子表面活性剂混合体 系水溶液具有很多异常性质，如由于阴阳离子表面活性剂在水溶液中存在着强烈的静电 作用和疏水性碳链间的相互作用，促进了两种带不同电荷表面活性剂离子间的缔合，在溶 液中很容易形成胶束，产生比单一表面活性剂更高的表面活性。此外，阴阳离子表面活性 剂混合体系可明显降低阳离子表面活性剂在岩心上的吸附损耗，从而可显著降低阳离子表 面活性剂的固有缺陷。黄宏度等(见石油天然气学报2007年8月第29卷第4期，10Γ104) 研究了石油磺酸盐、石油羧酸盐、烷基苯磺酸盐等阴离子表面活性剂与十六烷基三甲基溴 化铵、碱复配体系的界面张力并得出以下结论：阳离子表面活性剂的加入使石油羧酸盐、烷 基苯磺酸盐、石油磺酸盐的界面活性得到改善。研究结果表阴离子、阳离子表面活性剂复合 体系对于降低油水界面张力、提高驱油效率具有一定作用。但研究结果显示其界面性能依 然有待改进，并且体系比较容易生成沉淀，不利于实际应用。因此，采用甜菜碱表面活性剂 代替传统的阴离子表面活性剂，克服了阴离子表面活性剂复配时容易沉淀等缺点，发明了 用于三次采油用的阳离子表面活性剂和甜菜碱表面活性剂组合物。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题之一是现有表面活性剂在三次采油过程中驱油效率 差，同时由于驱油体系含有无机碱，对地层和油井带来伤害，腐蚀设备和管道及破乳困难的 问题，提供一种新的化学驱表面活性剂组合物，该表面活性组合物具有界面活性高、洗油能 力强、体系简单，不会对地层和油井带来伤害，不会腐蚀设备和管道等优点。
[0005] 本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的化学 驱表面活性剂组合物的制备方法。
[0006] 本发明所要解决的技术问题之三是采用上述技术问题之二得到的化学驱表面活 性剂组合物在强化采油中的应用。
[0007] 为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：化学驱表面活性剂组合 物，包括阳离子表面活性剂和甜菜碱表面活性剂，所述的阳离子表面活性剂与甜菜碱表面 活性剂的摩尔比为1 : (0.01?100)，其中阳离子表面活性剂选自季铵盐、季胺碱中的至少 一种，甜菜碱表面活性剂分子通式为：
【主权项】
1. 化学驱表面活性剂组合物，包括阳离子表面活性剂和甜菜碱表面活性剂，所述的阳 离子表面活性剂与甜菜碱表面活性剂的摩尔比为1 : (0. 01?100)，其中阳离子表面活性 剂选自季铵盐、季胺碱中的至少一种，甜菜碱表面活性剂分子通式为：
其中R为C6?C4Q的烃基，Ri和R2独立取自crc4的亚烷基，n+m=2?100。
2. 根据权利要求1所述化学驱表面活性剂组合物，其特征在于所述阳离子表面活性剂 的阳离子部分具有9?40个碳原子。
3. 根据权利要求1所述化学驱表面活性剂组合物，其特征在于所述R为C8~C25烃基。
4. 根据权利要求1所述化学驱表面活性剂组合物，其特征在于所述&和R2独立取自 Ci?C2的亚烧基。
5. 根据权利要求1所述化学驱表面活性剂组合物，其特征在于所述n+m=2~20。
6. 根据权利要求1所述化学驱表面活性剂组合物的制备方法，包含以下步骤： a) RNH2与所需量环氧乙烷反应，得到烃基聚氧乙烯醚叔胺； b) 将步骤a)烃基聚氧乙烯醚叔胺溶解到C6~C8芳烃中，加入碱金属氢氧化物或碱土金 属氢氧化物中的至少一种碱，在30?60°C下碱化0. 5?3小时，加入3-氯-2-羟基丙磺酸 钠，搅拌下反应温度为3(T80°C，反应时间为6?18小时得到甜菜碱表面活性剂； c) 将所述的阳离子表面活性剂及按照步骤b)得到的甜菜碱表面活性剂分别溶解于水 中，而后按照摩尔比1 : (0.1?10)混合均匀。
7. 根据权利要求6所述的化学驱用表面活性剂的制备方法，其特征是当n+m=2时所述 步骤a)不外加催化剂的情况下反应得到烃基聚氧乙烯醚叔胺；当n+m> 2时所述步骤a) 首先在不外加催化剂的情况下每摩尔RNH2与2摩尔环氧乙烷反应，然后再在外加碱性催化 剂的存在下与所需余量的环氧乙烷反应得到烃基聚氧乙烯醚叔胺。
8. 根据权利要求6所述的化学驱表面活性剂组合物的制备方法，其特征在于所述的步 骤b)溶剂为C6~C8芳烃的任意一种。
9. 根据权利要求7所述的化学驱表面活性剂组合物的制备方法，其特征是所述外加碱 性催化剂为碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物中的至少一种。
10. 权利要求1至5中任一项所述化学驱表面活性剂组合物在强化采油中的应用。
【专利摘要】本发明涉及一种化学驱表面活性剂组合物、制备方法及其应用，主要解决现有表面活性剂在三次采油过程中驱油效率差，同时由于驱油体系含有无机碱，对地层和油井带来伤害，腐蚀设备和管道及破乳困难等问题。发明通过采用化学驱表面活性剂组合物，包括阳离子表面活性剂和甜菜碱表面活性剂，所述的阳离子表面活性剂与甜菜碱表面活性剂的摩尔比为1∶(0.01～100)，其中阳离子表面活性剂选自季铵盐、季胺碱中的至少一种，甜菜碱表面活性剂分子通式如下所示，其中R为C6～C40的烃基，R1和R2独立取自C1~C4的亚烷基，n+m=2~100的技术方案较好地解决了该问题，可用于油田三次采油过程中。
【IPC分类】C09K8-584
【公开号】CN104559990
【申请号】CN201310515676
【发明人】王辉辉, 李应成, 何秀娟, 裘鋆, 金军
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月28日