CN109666474B - 超低油水界面张力的表面活性剂二元复配体系 - Google Patents

超低油水界面张力的表面活性剂二元复配体系 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超低油水界面张力的表面活性剂二元复配体系，主要解决表面活性剂对降低油水界面张力效果差的问题。本发明通过采用表面活性剂二元复配体系，包括甜菜碱表面活性剂和非离子表面活性剂，所述的甜菜碱表面活性剂与非离子表面活性剂的摩尔比为1:(0.01～100)，其中甜菜碱表面活性剂结构可由如下分子通式A表示，其中X为乙酸根、丙酸根、乙磺酸根、丙磺酸根、羟丙磺酸根中的任意一种，R1为C6～C24的脂肪基或芳香基中的任意一种，R2，R3为C1～C4烷基中的任意一种；非离子表面活性剂由如下分子通式B表示的技术方案，较好地解决了该问题，可用于油田提高原油采收率方工业应用中。
Figure 1

Description

超低油水界面张力的表面活性剂二元复配体系
技术领域
本发明涉及一种能产生超低油水界面张力的表面活性剂二元复配体系，属于油田化学技术领域。
背景技术
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。多年来的研究已提出多种强化采油技术则，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CO2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。油水界面张力能否降至超低(10-3mN/m)，是筛选化学驱油剂的重要指标。油水界面张力的高低，取决于界面层内的分子组成，油相的疏水性越强，与水相差异越大，界面张力越高。表面活性剂在油水界面吸附和富集，亲水基伸向水相，亲油基伸向油相，使界面能大幅降低，从而降低界面张力。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。
目前三次采油用表面活性剂大多采用多元复配体系，同时包含非离子型表面活性剂和离子型表面活性剂，部分配方中还加入碱和醇等助剂。如专利CN101024764A提供了一种油田稠油井用的表面活性剂，该活性剂是由水、片碱、乙醇、油酸、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠组成。再如专利CN1458219A公开了一种三次采油应用的表面活性剂聚合物纯二元超低界面张力复合驱配方，其中使用的表面活性剂是石油磺酸盐或以石油磺酸盐为主剂加稀释剂和其它表面活性剂复配的复合表面活性剂，其组份的重量百分比为石油磺酸盐50～100％，烷基磺酸盐0～50％，羧酸盐0～50％，烷基芳基磺酸盐0～35％，低碳醇0～20％。又如专利CN1394935发明了一种化学驱油剂，其主要包括辛基苯磺酸钠阴离子表面活性剂，表面活性剂助剂、表面活性剂增效剂、表面活性剂增溶剂。这种驱油剂能明显地降低稠油的结构粘度，同时可降低油水界面张力，从而提高原油采收率。
然而，上述三次采油用表面活性剂仍存在较多问题，主要是表面活性剂活性差、驱油效率低；由于驱油体系含无机碱，对地层和油井带来伤害，引起腐蚀设备和管道等问题，而且由于无机碱会严重降低聚合物的粘度，为达到所需的粘度只得大大提高聚合物的使用浓度，使采油综合成本提高；表面活性剂的抗高温、抗高盐、抗高矿化度的能力有限。
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，而单一的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。甜菜碱表面活性剂是近年来研究较多的一类表面活性剂，分子结构中同时存在阳离子中心和阴离子中心，使其溶液显示出与常规表面活性剂不同的性质特点。
为此，本发明在结合上述问题的基础上，利用甜菜碱表面活性剂与非离子表面活性剂进行复配，并对其进行油水界面张力的测量，结果表明结构合适的表面活性剂二元复配体系在一定复配比例下可以将油水界面张力降至超低，显示出较好的界面活性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中心表面活性剂降低油水界面张力效果差的问题，提供一种表面活性剂二元复配体系，可以将油水界面张力降至超低，具有界面活性高的优点。
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一相对应的表面活性剂二元复配体系的制备方法。
本发明所要解决的技术问题之三是提供一种与解决技术问题一相对应的表面活性剂二元复配体系在油田采油中的应用方法。
为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种表面活性剂二元复配体系，包括甜菜碱表面活性剂和非离子表面活性剂，所述的甜菜碱表面活性剂与非离子表面活性剂的摩尔比为1:(0.01～100)，其中，所述甜菜碱表面活性剂结构由如下分子通式A表示，所述非离子表面活性剂由如下分子通式B表示：
Figure BDA0001435640510000031
其中，X为乙酸根、丙酸根、乙磺酸根、丙磺酸根、羟丙磺酸根中的任意一种，R1为C6～C24的脂肪基或芳香基中的任意一种，R2，R3为C1～C4烷基中的任意一种；其中R4为C6～C24的脂肪基或芳香基中的任意一种。
上述技术方案中，所述甜菜碱表面活性剂中X优选自乙酸根、丙酸根、乙磺酸根、丙磺酸根、羟丙磺酸根中的任意一种。
上述技术方案中，所述甜菜碱表面活性剂中R1选自为C6～C24的脂肪基和芳香基中的任意一种，其中脂肪基或芳香基可以含有酰基、羰基、醚基、羟基等基团，可以是饱和碳链，也可以含有不饱和碳链，作为优选方案R1优选为C14～C22的烃基、取代烃基、或酰胺基，取代基可以是化学领域常见的取代基，如羟基、苯基、卤素等。
上述技术方案中，所述甜菜碱表面活性剂中R2，R3独立选自C1～C4烷基中的任意一种。
上述技术方案中，所述非离子表面活性剂中R4选自为C6～C24的脂肪基和芳香基中的任意一种，其中脂肪基或芳香基可以含有酰基、羰基、醚基、羟基等基团，可以是饱和碳链，也可以含有不饱和碳链，作为优选方案R4优选为C10～C22的取代羰基、酯基或酰胺基，取代基可以是化学领域常见的取代基，如羟基、苯基、卤素等。
上述技术方案中所述甜菜碱表面活性剂与非离子表面活性剂的摩尔比优选范围为1:(0.01～100)。
为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种解决上述技术问题之一所述技术方案中任一所述表面活性剂二元复配体系的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甜菜碱表面活性剂溶解于水中，得到溶液I；
(2)将非离子表面活性剂溶解于水中，得到溶液II；
(3)将溶液I和II按照甜菜碱表面活性剂及非离子表面活性剂的摩尔比1∶(0.01～100)混合均匀，得到所述表面活性剂二元复配体系。
为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种解决上述技术问题之一所述技术方案中任一所述表面活性剂二元复配体系在油田采油中的应用。
上述技术方案中，所述应用方法本领域技术人员可以根据现有技术中表面活性剂驱的方法加以利用，并无特殊要求；所述表面活性剂二元复配体系溶液中，以甜菜碱表面活性剂和非离子表面活性剂总的质量计，体系浓度为0.01～0.5％。
上述技术方案中，所述表面活性剂二元复配体系在矿化度0～150000mg/L(以NaCl计)的条件下，能实现超低油水界面张力。
本发明涉及的表面活性剂二元复配体系选取极性端亲水性好，界面吸附趋势强的甜菜碱表面活性剂，以及具有较好增溶能力的非离子表面活性剂，两者协同作用，降低油水界面张力。而且所选两类表面活性剂合成工艺成熟，组分常规易得，成本低，具有一定经济效益。
采用本发明的技术方案，表面活性剂二元复配体系用量为0.01～0.05％wt条件下仍能与地下原油形成10-3～10-4mN/m的超低界面张力；表面活性剂组合物体系简单。由于体系不含无机碱，因而避免了现场应用时无机碱对地层造成的伤害、对设备造成的腐蚀以及由此引起的破乳困难的问题，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1是油水界面张力随时间变化曲线，采用本发明实施例1a表面活性剂二元复配体系，TEXAS-500旋转滴界面张力仪，测定油水界面张力随时间的变化，得到界面张力曲线。原油来自国内油田。
下面通过实施例对本发明作进一步阐述，但不仅限于此。
具体实施方式
【实施例1a】
在20000mg/L NaCl盐水中，将芥酸丙基甜菜碱与十二烷基二乙醇酰胺表面活性剂分别溶解，搅拌30分钟，配制成0.1％wt水溶液，而后将上述表面活性剂按照两性离子:非离子表面活性剂摩尔比1:5混合均匀，得到表面活性剂二元复配体系1a。在40℃，转速4500r/min条件下，利用TEXAS-500旋转滴界面张力仪测量油田原油与所得溶液的油水界面张力，界面张力曲线见附图1所示，最低油水界面张力达到4x10-4mN/m，2小时后平衡界面张力为1.6x10-3mN/m。
【实施例2a】
在8000mg/L NaCl盐水中，将十四烷基磺酸甜菜碱与十八烷基二乙醇酰胺表面活性剂分别溶解，搅拌30分钟，配制成0.15％wt水溶液，而后将上述表面活性剂按照两性离子:非离子表面活性剂摩尔比85:15混合均匀，得到表面活性剂二元复配体系2a。在30℃，转速4500r/min条件下，利用TEXAS-500旋转滴界面张力仪测量油田原油与所得溶液的油水界面张力，平衡界面张力为3.8x10-3mN/m。
【实施例3a】
在60000mg/L NaCl盐水中，将十八烷基甜菜碱与壬基酚乙酸二乙醇酰胺表面活性剂分别溶解，搅拌30分钟，配制成0.2％wt水溶液，而后将上述表面活性剂按照两性离子:非离子表面活性剂摩尔比30:70混合均匀，得到表面活性剂二元复配体系3a。在35℃，转速4500r/min条件下，利用TEXAS-500旋转滴界面张力仪测量油田原油与所得溶液的油水界面张力，平衡界面张力为2.3x10-3mN/m。
【实施例4a】
在110000mg/L NaCl盐水中，将十六烷基甜菜碱与十八烷基二乙醇酰胺表面活性剂分别溶解，搅拌30分钟，配制成0.3％wt水溶液，而后将上述表面活性剂按照两性离子:非离子表面活性剂摩尔比65:35混合均匀，得到表面活性剂二元复配体系4a。在50℃，转速4500r/min条件下，利用TEXAS-500旋转滴界面张力仪测量油田原油与所得溶液的油水界面张力，平衡界面张力为4.1x10-3mN/m。
【实施例5a】
在120000mg/L NaCl盐水中，将十八烷基酰胺磺酸甜菜碱与十八烷基二乙醇酰胺表面活性剂分别溶解，搅拌30分钟，配制成0.2％wt水溶液，而后将上述表面活性剂按照两性离子:非离子表面活性剂摩尔比60:40混合均匀，得到表面活性剂二元复配体系5a。在50℃，转速4500r/min条件下，利用TEXAS-500旋转滴界面张力仪测量油田原油与所得溶液的油水界面张力，平衡界面张力为2.1x10-3mN/m。
【实施例6a】
在100000mg/L NaCl盐水中，将十八烷基酰胺磺酸甜菜碱与油酸二乙醇酰胺表面活性剂分别溶解，搅拌30分钟，配制成0.05％wt水溶液，而后将上述表面活性剂按照两性离子:非离子表面活性剂摩尔比60:40混合均匀，得到表面活性剂二元复配体系6a。在50℃，转速4500r/min条件下，利用TEXAS-500旋转滴界面张力仪测量油田原油与所得溶液的油水界面张力，平衡界面张力为4.1x10-4mN/m。
【比较例1b】
在20000mg/L NaCl盐水中，将芥酸丙基甜菜碱溶解后搅拌30分钟，配制成0.1％wt水溶液1b。在40℃，转速4500r/min条件下，利用TEXAS-500旋转滴界面张力仪测量油田原油与所得溶液的油水界面张力，平衡界面张力为3.2x10-1mN/m。
【比较例2b】
在40000mg/L NaCl盐水中，将十八烷基二乙醇酰胺表面活性剂溶解后搅拌30分钟，配制成0.15％wt水溶液2b。在40℃，转速4500r/min条件下，利用TEXAS-500旋转滴界面张力仪测量油田原油与所得溶液的油水界面张力，平衡界面张力为5.2x10-2mN/m。
【比较例3b】
在120000mg/L NaCl盐水中，将石油磺酸盐与十八烷基二乙醇酰胺表面活性剂分别溶解，搅拌30分钟，配制成0.2％wt水溶液，而后将上述表面活性剂按照两性离子:非离子表面活性剂摩尔比60:40混合均匀，得到表面活性剂二元复配体系3b。在50℃，转速4500r/min条件下，利用TEXAS-500旋转滴界面张力仪测量油田原油与所得溶液的油水界面张力，平衡界面张力为2.8x10-1mN/m。
【比较例4b】
在100000mg/L NaCl盐水中，将十八烷基酰胺磺酸甜菜碱、油酸二乙醇酰胺以及聚氧乙烯油酸酰胺三个表面活性剂分别溶解，搅拌30分钟，配制成0.05％wt水溶液，而后将上述表面活性剂按照表面活性剂摩尔比80:2:18混合均匀，得到表面活性剂二元复配体系4b。在50℃，转速4500r/min条件下，利用TEXAS-500旋转滴界面张力仪测量油田原油与所得溶液的油水界面张力，平衡界面张力为4.2x10-2mN/m。

Claims (7)

1.一种表面活性剂二元复配体系，包括甜菜碱表面活性剂和非离子表面活性剂，所述的甜菜碱表面活性剂与非离子表面活性剂的摩尔比为1:(0.01～100)，其中甜菜碱表面活性剂结构由如下分子通式A表示，非离子表面活性剂由如下分子通式B表示：
Figure 517997DEST_PATH_IMAGE001
其中，X为丙酸根、乙磺酸根、丙磺酸根、羟丙磺酸根中的任意一种，R1为C6~C24的烷基、烯烃基、芳烃基中的任意一种，R2，R3为C1~C4的烃基或取代烃基中的任意一种；所述非离子表面活性剂选自壬基酚乙酸二乙醇酰胺、十八烷基二乙醇酰胺和油酸二乙醇酰胺中的至少一种；所述表面活性剂二元复配体系的制备方法包括以下步骤：
（1）将甜菜碱表面活性剂溶解于NaCl盐水中，得到溶液I；
（2）将非离子表面活性剂溶解于NaCl盐水中，得到溶液II；
（3）按照甜菜碱表面活性剂与非离子表面活性剂摩尔比1:(0.01～100)将溶液I和溶液II混合均匀，得到所述表面活性剂二元复配体系；
所述NaCl盐水的浓度为20000～150000mg/L，所述表面活性剂二元复配体系与地下原油之间的油水界面张力为3.8×10-3mN/m或2.1×10-3mN/m或4.1×10-4mN/m。
2.根据权利要求1所述表面活性剂二元复配体系，其特征在于所述R2为C1~C4烷基中的任意一种。
3.根据权利要求1所述表面活性剂二元复配体系，其特征在于所述R3为C1~C4烷基中的任意一种。
4.权利要求1~3任一所述表面活性剂二元复配体系的制备方法，包括以下步骤：
（1）将甜菜碱表面活性剂溶解于水中，得到溶液I；
（2）将非离子表面活性剂溶解于水中，得到溶液II；
（3）按照甜菜碱表面活性剂与非离子表面活性剂摩尔比1:(0.01～100)将溶液I和溶液II混合均匀，得到所述表面活性剂二元复配体系。
5.权利要求1至3中任一项所述表面活性剂二元复配体系在油田采油中的应用。
6.根据权利要求5所述表面活性剂二元复配体系在油田采油中的应用，其特征在于所述表面活性剂二元复配体系所用溶剂为纯水或盐水，以NaCl计，水溶液矿化度为20000~150000mg/L。
7.根据权利要求5所述表面活性剂二元复配体系在油田采油中的应用，其特征在于所述表面活性剂二元复配体系溶液中，以甜菜碱表面活性剂和非离子表面活性剂总的质量计，表面活性剂二元复配体系质量浓度为0.01～0.5%。
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