[发明专利]一种改良型甜菜碱表面活性剂及其应用

说明书

本发明公开了一种改良型甜菜碱表面活性剂及其应用，主要通过以下步骤合成：(1)采用植物酸或者植物酸的衍生物与多胺反应生成酰胺中间产物；(2)在碱性反应环境中，使用环氧丙烷作为增链剂，使酰胺中间产物发生碳链增长反应，制得增链酰胺；(3)用氯乙酸钠和增链酰胺反应，制得改良型甜菜碱表面活性剂。本发明的改良型甜菜碱表面活性剂可以以单一成分或与其它甜菜碱表面活性剂混合构建无碱表面活性剂系统，在无碱条件下可以将原油界面张力降低到超低区域，并且在低浓度区域表现出足够宽的实现超低界面张力的浓度限制范围。此外，制备本发明改良型甜菜碱表面活性剂的主要原料来自于植物，环保无害，符合可持续发展的要求。

技术领域

本发明涉及石油开发领域，具体地，涉及一种改良型甜菜碱表面活性剂及其应用。

背景技术

在通常油田开发中，最先的开采方法是利用油层本身能量开采，也就是一次采油。在这个阶段，原油靠自身能量随井管喷发而出。通常15-20％左右的油藏靠这样(即一次采油)开发出来的。随着开采的深入，当天然的能量由于衰减而无法满足需要的时候，水或气需要被注入油层来维持油井的产量或采收率，这是二次采油阶段。另外15-20％的原油储藏由二次开发而收获。随着二次采油的效率不断下降，向油层注射流体或能量，利用所产生的物理，化学甚至生物作用，以此来提高产量或采收率-三次采油阶段。这种向地层注入流体或能量来提高原油的产量或采收率的各种方法，通称为强化采油(Enhanced Oil Recovery或者EOR)，即三次采油。

三次采油效率下降的原因是，由于毛细作用力，剩余的原油以断续的形式被束缚在油藏层的岩砂的空隙，造成原油无法随注入水系统自由流动。普通的注水法无法有效克服这种毛细作用力，造成被注入水携带而出的原油越来越少，产油效率下降。这个毛细作用力可以在理论上用一个毛细管数来表示其大小。只有当原油的毛细管数被克服时，被束缚的原油才有可能被释放。下面的公式可以用来估计注入水系统的所具有的毛细管数：

Nc＝V*μ/IFT

其中，Nc是注入水系统的毛细管数，V是注入水系统的流速，μ是注入水系统的黏度，IFT是油水界面张力。只有当注入水系统的毛细管数大于一个临界数值(临界毛细管数)时，原油的毛细管数才能够被克服。从这个公式可见，提高毛细管数的方法有以下几种：1)提高流速；2)提高黏度；3)降低油水界面张力。由于受注入设备和地层条件的限制，提高流速的空间非常有限。提高体系黏度(一般通过添加聚合物来实现)可以提高毛细管数一个数量级。而最有效的方法是降低油水界面张力，这个界面张力的减低通常是通过加入表面活性剂来实现的。

油水界面张力是两种不同液体(油和水)互相排斥的结果。由于表面活性剂同时具有亲油和亲水的功能，它们聚集在油水界面形成单层或多层吸附。它们亲油基团朝向油层，亲水基团朝向水相。油水界面张力的降低程度取决于它们的亲油作用和亲水作用的平衡程度。当这两种作用越相近，界面张力的数值越小。当这两种作用趋近平衡时，油水界面张力就可能进入超低界面张力区域(～10^-3dyn/cm)。

传统的表面活性剂为基础的三次采油采用三元复配技术：即由表面活性剂、聚合物和碱三元复配形成。传统的三元复配技术用于油田开发的三次采油，主要问题有：长期的碱的使用会造成地层的破坏，对采油和环境造成负面影响；碱的使用造成一些表面活性剂和聚合物的不稳定和分解，限制了对表面活性剂和聚合物的选择。

由于碱的负面作用，无碱二元系统(聚合物+表面活性剂)是表面活性剂化学驱油的今后主要方向。其中，甜菜碱表面活性剂又是最主要的无碱表面活性剂的候选。和传统三次采油里使用的表面活性剂相比，甜菜碱表面活性剂具有特殊功能。甜菜碱表面活性剂的代表性结构如下：