[發(fā)明專利]一種星型羧酸基兩性離子表面活性劑作為起泡劑的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810285438.7
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108485642B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王晨;辛燕;王霞;楊通;楊曉武;費貴強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 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(zé)任公司 61200
• 代理人: 張弘

本發(fā)明公開了一種星型羧酸基兩性離子表面活性劑作為起泡劑的應(yīng)用。該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(yīng)瓶中滴加定量的三羥甲基丙烷?三(3?吖丙啶基丙酸酯)反應(yīng)液進(jìn)行第一步氮丙啶開環(huán)反應(yīng)；再向反應(yīng)液中加入定量的氯甲烷(或氯化芐)反應(yīng)液進(jìn)行第二步季胺化反應(yīng)，所得產(chǎn)物為一種攜帶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(yīng)用在泡沫壓裂工藝以及油氣井的采油、采氣等工藝中。該起泡劑具有起泡能力強(qiáng)、泡沫穩(wěn)定性好、抗鹽、使用溫度廣泛等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高效表面活性劑領(lǐng)域，特別涉及一種星型羧酸基兩性離子表面活性劑作為起泡劑的應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著鄂爾多斯盆地延長氣田的大規(guī)模開發(fā)，氣井壓裂井次在不斷增多，壓裂規(guī)模在不斷增大，作為一種優(yōu)質(zhì)低傷害的壓裂液體系,泡沫壓裂液被采用的井次和規(guī)模也在加大。在泡沫壓裂液體系，起泡劑的作用是在氣、液混合后，使氣體呈氣泡狀均勻分散在液體中形成泡沫，且具有良好的穩(wěn)泡效果。因此起泡劑優(yōu)劣不僅影響泡沫的形成和性質(zhì)，而且對壓裂的成功與否起著至關(guān)重要的作用。在水氣田開發(fā)中，地層水和凝析油不斷隨天然氣進(jìn)入井筒，進(jìn)而氣井采輸面臨著高溫、高含凝析油、高礦化度等排水采氣難題，現(xiàn)有常規(guī)泡沫排水采氣工藝由于缺乏優(yōu)良的起泡劑已無法有效解決，而且我國大部分的氣田在冬季，其地表溫度非常低,能達(dá)到-20～-30℃，一般的起泡劑在此溫度下會結(jié)凍而無法正常使用，急需新型的抗極端溫度、抗高礦化度的起泡劑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于提供一種星型羧酸基兩性離子表面活性劑作為起泡劑的應(yīng)用，應(yīng)用在泡沫壓裂工藝以及油氣井的采油、采氣等工藝中。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)手段：

一種星型羧酸基兩性離子表面活性劑作為起泡劑的應(yīng)用，該化合物結(jié)構(gòu)式為：

其中，R₁-為長脂肪鏈，碳鏈中碳原子數(shù)為12～18。

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

星型羧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(yīng)液進(jìn)行氮丙啶開環(huán)反應(yīng)，在50～80℃反應(yīng)6～8h；

在弱堿性條件下，向上述反應(yīng)物中加入氯乙酸鈉水溶液進(jìn)行羧基取代和季胺化反應(yīng)，在70～90℃反應(yīng)10～16h；反應(yīng)結(jié)束后除去不溶物質(zhì)，濃縮反應(yīng)液，用甲苯柱層析法純化分離出產(chǎn)物，真空干燥至恒重便得產(chǎn)物。

在氮丙啶開環(huán)反應(yīng)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(huán)反應(yīng)中，所述的酸性催化劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85％的磷酸水溶液，其用量為原料總質(zhì)量的1％。

在羧基取代和季胺化反應(yīng)中，弱堿性條件pH＝9～10，反應(yīng)液用NaOH調(diào)至弱堿性。

在羧基取代和季胺化反應(yīng)中，氯乙酸鈉的物質(zhì)的量是三羥甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)的6倍。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明制備的攜帶多電荷的星型兩性離子表面活性劑可作為起泡劑應(yīng)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(qiáng)的起泡和穩(wěn)泡能力，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，攜液能力強(qiáng)，攜液量大于30mL/min；抗鹽能力強(qiáng)，抗礦化度可達(dá)180000mg/L；使用溫度范圍廣泛，在-30～120范圍內(nèi)，仍能保持很好的泡沫能力。

具體實施方式

本發(fā)明的反應(yīng)方程式為：