[发明专利]一种羧基甜菜碱表面活性剂的吸附抑制剂

说明书

技术领域

一种羧基甜菜碱表面活性剂的吸附抑制剂，能够抑制羧基甜菜碱类表面活性剂在带负电荷的岩石表面吸附，从而降低表面活性剂的吸附损失并保持岩石表面为水润湿，属于胶体与界面化学技术领域。

背景技术

由于石油的不可再生性，长期以来三次采油技术一直是世界范围内的战略性研究课题。这一现象在我国尤为突出，因为随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，对原油的需求逐年增加，目前接近60％的原油依赖进口，而国内大型油田的产量却逐年衰减。另一方面，利用现有的技术(注水驱)只能采出30～40％的原油储量，仍有60％左右的原油长眠地下，它们因受到毛细管力的作用被圈捕在地下的多孔岩石中，而采出这部分油需要采用新的技术，即三次采油技术。

表面活性剂驱油技术是重要的三次采油技术之一。研究表明，向注入水中加入表面活性剂，可将原油/水界面张力(IFT)降至超低(<0.01mN/m)，从而克服毛细管力的作用，使被圈捕的油滴在注水压力下流向生产井。基于超低界面张力机理的表面活性剂驱油技术适合我国大多数油田，可在水驱的基础上进一步提高采收率20％左右。相关技术方案包括微乳液驱、碱驱、碱-表面活性剂驱和碱-表面活性剂-聚合物(ASP)三元复合驱等，其中以ASP三元复合驱最为经济有效，在过去几十年中获得了重点研究和推广。

然而近年来的矿场实验表明，ASP三元复合驱由于使用苛性碱会导致一系列副作用，如设备和管道结垢、储层矿物的溶解腐蚀、地层毛细通道堵塞等。此外由于碱的存在，采出液为黏度较高的W/O型乳化液，后处理较为困难。因此采用弱碱代替苛性碱，尤其是以无碱二元(SP)复合驱取代ASP三元复合驱越来越受到关注。

近年来的研究表明，ASP三元复合驱用表面活性剂在无碱条件下基本无效，即不能将原油/地层水界面张力降至超低。另一方面甜菜碱类表面活性剂在无碱条件表现出良好的降低原油/地层水界面张力性能，它们在原油/水界面强烈吸附，分子间排列紧密，易于获得超低界面张力。然而研究表明，羧基甜菜碱类由于分子中的氮原子上带有相对较强的正电荷，在表面带负电荷的油砂上有显著的吸附。这将导致表面活性剂的吸附滞留，对混合表面活性剂体系导致色谱分离效应和配方失效，而在稀浓度下它们还会在油砂/水界面形成以头基朝向固体表面、以烷基链朝向水的疏水性单分子层，导致岩石表面变成油润湿，不利于原油的剥离。

我国大多数油田的岩石表面是带负电荷的，例如大庆、胜利等油田。显然如果要利用羧基甜菜碱类表面活性剂优良的降低原油/地层水界面张力性能，就要设法解决其在岩石表面的高吸附量和导致岩石表面变为油润湿的问题。

本发明正是在这一背景下诞生的。基于岩石表面带负电荷，我们设计合成了一种低聚阳离子，它们具有很强的水溶性，在水溶液中，电离形成的聚合阳离子具有很高的正电荷密度，能够优先吸附到带负电荷的岩石表面，中和表面的负电荷，从而显著降低羧基甜菜碱表面活性剂在岩石表面的吸附量，导致其在低浓度下不能形成致密的疏水性单分子层。另一方面这种低聚阳离子不具有表面活性，因而不会影响表面活性剂在油/水界面的吸附。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面活性剂的吸附抑制剂，能够抑制羧基甜菜碱类无碱驱油用表面活性剂在带负电荷的岩石或油砂表面吸附，从而降低表面活性剂的吸附损失并保持岩石或油砂表面为水润湿。

本发明的技术方案：一种羧基甜菜碱类表面活性剂的吸附抑制剂，该吸附抑制剂是一种低聚阳离子季铵盐，具有如下通式：

其中氮原子之间的亚甲基数n＝2～8，总氮原子数m+2＝3～8。在水溶液中，这种低聚季铵盐电离形成低聚阳离子：

由于具有很大的电荷密度，这种四聚阳离子易于通过静电作用吸附到带负电荷的岩石或油砂表面，中和负电荷，从而大幅度减弱岩石或油砂表面与羧基甜菜碱分子之间的静电作用，进而减弱羧基甜菜碱在岩石或油砂表面的吸附。

由于低聚阳离子在岩石或油砂表面的优先吸附，羧基甜菜碱在浓度低于其临界胶束浓度(cmc)时不能在界面形成致密的疏水性单分子层，因而能使岩石或油砂表面保持水润湿。