[發明專利]一種星型磺酸基兩性離子表面活性劑作為起泡劑的應用

有效

• 申請號: 201810273368.3
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108485641B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 王晨;楊通;辛燕;王霞;楊曉武;費貴強
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C09K8/70
• 分類號: C09K8/70
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張弘

本發明公開了一種星型磺酸基兩性離子表面活性劑作為起泡劑的應用。該兩性離子表面活性劑通過以下步驟制備：在裝有長鏈脂肪伯胺乙醇溶液和酸性催化劑的反應瓶中滴加定量的三羥甲基丙烷?三(3?吖丙啶基丙酸酯)反應液進行第一步氮丙啶開環反應；再向反應液中加入定量的2?氯乙基磺酸鈉反應液進行第二步磺酸基取代和季胺化反應，所得產物為一種具有多電荷的星型兩性離子表面活性劑。該兩性離子表面活性劑可作為起泡劑應用在泡沫壓裂工藝中。該起泡劑具有起泡能力強、泡沫穩定性好、抗鹽等優點。

技術領域

本發明屬于高效表面活性劑領域，特別涉及一種星型磺酸基兩性離子表面活性劑作為起泡劑的應用。

背景技術

壓裂酸化在碳酸鹽巖中進行，能較大面積地改造低滲透油氣層，而泡沫酸相對于常規酸化具有更好的酸化效果。泡沫酸要求選擇適當的發泡劑及穩泡劑，能提高表面枯度，增加泡沫穩定性。但是目前的泡沫抗酸性及穩定性較弱，不能很好的進行泡沫酸配制，因此急需一種具有起泡能力強、泡沫穩定性好、抗高礦化度的起泡劑。迄今，具有這種結構的兩性離子表面活性劑尚未見報道。

發明內容

為了克服上述問題，本發明設計和制備了一種具有多電荷的星型兩性離子表面活性劑，本發明將該兩性離子表面活性劑作為起泡劑，應用在泡沫壓裂工藝中。

為達到上述目的，

一種星型磺酸基兩性離子表面活性劑作為起泡劑的應用，應用在泡沫壓裂工藝中，該化合物結構式為：

其中，R₁-為長脂肪鏈，碳鏈中碳原子數為12～18。

作為起泡劑應用時是單獨使用或與助劑復配使用，且該表面活性劑在應用體系中的濃度為50mg/L～1000mg/L。

星型磺酸基兩性離子表面活性劑的制備方法包括以下步驟：

向長鏈脂肪伯胺乙醇溶液和酸性催化劑中加入三羥甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)反應液進行氮丙啶開環反應，在50～80℃反應6～8h；

在弱堿性條件下，向上述反應物中加入2-氯乙基磺酸鈉水溶液進行磺酸基取代和季胺化反應，在70～90℃反應10～16h；反應結束后除去不溶物質，濃縮反應液，用甲苯柱層析法純化分離出產物，真空干燥至恒重便得產物。

在氮丙啶開環反應中，三羥甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)和長鏈脂肪伯胺摩爾比為1:3。

在氮丙啶開環反應中，所述的酸性催化劑為質量分數為85％的磷酸水溶液，其用量為原料總質量的1％。

在磺酸基取代和季胺化反應中，弱堿性條件pH＝9～10，反應液用NaOH調至弱堿性。

在磺酸基取代和季胺化反應中，2-氯乙基磺酸鈉的物質的量是三羥甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)的6倍。

本發明具有以下優點：

本發明制備的具有多電荷的星型兩性離子表面活性劑可作為起泡劑應用在泡沫壓裂工藝以及油氣井的采油、采氣等工藝中。該起泡劑擁有超強的起泡能力，泡沫豐富細膩，在100mg/L的濃度下，初始泡沫高度均大于85mm，3min后均泡沫高度均大于60mm，攜液能力可達30mL/min；抗鹽能力強，抗礦化度可達200000mg/L。

具體實施方式

本發明的反應方程式為：

其中，R₁-為長脂肪鏈，碳鏈中碳原子數為12～18。

根據上述反應機理，本發明采用如下技術方案

一種具有多電荷的星型兩性離子表面活性劑，該表面活性劑的結構式為：