一種抗高溫Gemini陽離子粘彈性表面活性劑及其合成方法
【專利摘要】一種抗高溫Gemini陽離子粘彈性表面活性劑及其合成方法，涉及石油行業(yè)采油技術(shù)工程領(lǐng)域，以不飽和長鏈脂肪酸和N,N-二甲基丙二胺反應(yīng)合成脂肪酸酰胺基中間體；以甲胺和環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)合成氯胺中間體；將以上兩步合成的中間體再反應(yīng)，合成抗高溫Gemini陽離子粘彈性表面活性劑。本發(fā)明高溫表面活性轉(zhuǎn)向酸體系在160℃高溫下與巖石反應(yīng)，液體出現(xiàn)明顯的變粘轉(zhuǎn)向，且鹽酸濃度在5%以下自動破膠，可實(shí)現(xiàn)快速返排。其耐溫性能好，價格也相對低廉，利于推廣應(yīng)用。
【專利說明】—種抗高溫Gemini陽離子粘彈性表面活性劑及其合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油行業(yè)采油技術(shù)工程領(lǐng)域，特別是石油開采行業(yè)中油氣井酸化用的酸液稠化劑的合成【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前把能夠使水溶液形成粘彈性流體的表面活性劑稱為粘彈性表面活性劑。這類表面活性劑由于具有優(yōu)異的綜合性能，如:①易生物降解，不含有機(jī)溶劑，綠色環(huán)保，使用安全；②分子量小，容易返排，不會對地層造成傷害；③溶于熱水，可做成濃縮液，方便現(xiàn)場使用；④性能突出，做成的VES清潔壓裂液可耐100°C以上高溫用量少，成本低等，同時其表現(xiàn)出獨(dú)特的流變性能，如粘 彈性、低剪切下高粘度、剪切稀釋、觸發(fā)性以及優(yōu)異的粘溫特性等，因此在油氣田增產(chǎn)中的許多領(lǐng)域和環(huán)節(jié)得到了應(yīng)用。
自上世紀(jì)90年代以來，國外已成功地將粘彈性表面活性劑(簡稱VES)技術(shù)用于壓裂液。1997年斯倫貝謝公司將粘彈性表面活性劑用于壓裂作業(yè)中，取得了顯著的效果，并把這種壓裂液稱之為“清潔壓裂液”?；谡硰椥员砻婊钚詣┰趬毫炎鳂I(yè)取得的成功，斯倫貝謝公司在2000年將粘彈性表面活性劑應(yīng)用于基質(zhì)酸化中取得了很好的效果。這種基于VES自轉(zhuǎn)向酸酸化體系(VDA)，同樣成功運(yùn)用于科威特和埃及的油田中，使老井恢復(fù)了生產(chǎn)，新投產(chǎn)井提高了可采儲量。隨后對用于酸液中的粘彈性表面活性劑的研究也得到了突飛猛進(jìn)地發(fā)展，形成了一系列清潔酸液體系，從而掀起了研究合成出低成本、高效、耐溫的粘彈性表面活性劑的高潮。F.F.Chang等人報(bào)道了一種成功應(yīng)用于滲透率為150X 10_3~530X 10_3μ m2的高含水油井中的粘彈性表面活性劑基自轉(zhuǎn)向分流酸，其熱穩(wěn)定性溫度超過148.8°C。Diedre Taylor等人研制了一種溫度穩(wěn)定性提高的粘彈性表面活性劑基自轉(zhuǎn)向酸液體系，在溫度為149°C時仍然具有穩(wěn)定性。這些酸液體系都表現(xiàn)出了優(yōu)異的的性能，而且成本低，有良好的經(jīng)濟(jì)效益。然而國內(nèi)的研究主要集中在描述溶液流變特性、膠束的形態(tài)及彈性產(chǎn)生的機(jī)理，而對運(yùn)用性研究還有所欠缺。
[0003]目前，國內(nèi)用于自轉(zhuǎn)向酸的粘彈性表面活性劑有VES-1、VDA-08、SDVA, SAP-BET,BNS, VDA-SL, VDA等，這些表面活性劑中以兩性表面活性劑居多，兼有陽離子表面活性劑和非離子表面活性劑。2005年崔會杰、李建平等研制出的增稠劑VES-1和VES-1I季銨鹽型表面活性劑。2006年，李圣濤研究了酯型季銨鹽表面活性劑和一系列的N-烷基-N，N-雙(2-羥乙基)十八烷基溴化銨表面活性劑，使用溫度均低于70°C。2002年陳馥等在室內(nèi)以十八酸為原料，合成出α-溴代十八酸，然后再與三甲胺反應(yīng)得到了甜菜堿類表面活性劑，2006年鄭云川和趙立強(qiáng)等研制了芥子酰胺丙基甜菜堿，配制出適用于砂巖酸化的分流酸和適用于碳酸鹽巖酸化的清潔變粘酸。我們不難看出，雖然各種新型的表面活性稠化劑相繼提出，但是它們存在一些普遍問題，如耐溫性差，普遍在60~90°C之間，此外此類表面活性劑存在成本問題。
[0004]抗高溫轉(zhuǎn)向酸體系的開發(fā)受到了人們的廣泛關(guān)注。如2011年劉友權(quán)研制出一種適用于高溫深井、長井段厚層井均勻酸化的CT高溫轉(zhuǎn)向酸。2012年西南石油大學(xué)的陶震和楊旭等人采用C12~22脂肪酸和3- 二甲氨基丙胺合成了 J型、Y型、R型和月桂酸等表面活性轉(zhuǎn)向劑，并將這些轉(zhuǎn)向劑進(jìn)行復(fù)配得到抗高溫轉(zhuǎn)向酸體系。在100°C下該轉(zhuǎn)向酸體系的最大黏度達(dá)到170 mPa.S。最近，沈建新等人將一種新的高溫表面活性劑基清潔就地轉(zhuǎn)向酸體系用于塔里木盆地碳酸鹽巖油氣藏酸化酸壓中，取得了明顯的效果，對于殘酸在150°C、170 s—1下粘度不小于150 mPa.S，其缺點(diǎn)是高溫轉(zhuǎn)向劑用量較大(10%)。但至今為止，這樣的例子還太少，有必要加大研發(fā)力量，進(jìn)行抗高溫就地轉(zhuǎn)向酸體系的研制。
[0005]目前國內(nèi)現(xiàn)場使用的清潔轉(zhuǎn)向酸液體系的耐溫能力較差，限制了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于研究一種耐溫性能好、價格相對低廉的新型Gemini陽離子粘彈性表面活性劑。
[0007]本發(fā)明的分子結(jié)構(gòu)式為:
【權(quán)利要求】
1.一種抗高溫Gemini陽離子粘彈性表面活性劑，其分子結(jié)構(gòu)式為:
2.一種如權(quán)利要求1所述抗高溫Gemini陽離子粘彈性表面活性劑的合成方法，其特征在于以不飽和長鏈脂肪酸和N，N- 二甲基丙二胺反應(yīng)合成脂肪酸酰胺基中間體；以甲胺和環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)合成氯胺中間體；將合成的脂肪酸酰胺基中間體和氯胺中間體再反應(yīng)，取得抗高溫Gemini陽離子粘彈性表面活性劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述合成方法，其特征在于所述不飽和長鏈脂肪酸為油酸或芥酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述合成方法，其特征在于先將長鏈不飽和脂肪酸加熱至融化后，在氬氣保護(hù)并攪拌下，滴加過量N，N- 二甲基丙二胺和氫氧化鉀水溶液，攪拌加熱至反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，減壓蒸餾除去未反應(yīng)的N，N-二甲基丙二胺及水，得到脂肪酸酰胺基中間體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述合成方法，其特征在于所述不飽和脂肪酸、N,N- 二甲基丙二胺及氫氧化鉀水溶液中的氫氧化鉀的投料摩爾比為1: 1.12~1.15: 0.003。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述合成方法，其特征在于將甲胺的甲醇溶液與無水乙醇混合后于o°c環(huán)境溫度下，向滴加環(huán)氧氯丙烷，然后在室溫條件下反應(yīng)，經(jīng)減壓蒸餾除去溶劑(溶劑為:甲醇和無水乙醇)，得到氯胺中間體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述合成方法，其特征在于所述甲胺的甲醇溶液中甲胺與環(huán)氧氯丙烷的混合摩爾比為1: 2。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述合成方法，其特征在于所述甲胺的甲醇溶液中甲胺的濃度為 2.0 mol/Lo
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述合成方法，其特征在于以無水乙醇為溶劑，將脂肪酸酰胺基中間體和氯胺中間體混合后，升溫至回流反應(yīng)到反應(yīng)結(jié)束，然后經(jīng)減壓蒸餾除去溶劑，取得抗高溫Gemini陽離子粘彈性表面活性劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述合成方法，其特征在于所述脂肪酸酰胺基中間體和氯胺中間體的混合質(zhì)量比為2: I。
【文檔編號】C09K8/74GK103965861SQ201410213649
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】袁萍, 虞建業(yè), 盧敏暉, 馬巍 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司江蘇油田分公司