[发明专利]一种星型磺酸基两性离子表面活性剂作为起泡剂的应用

说明书

本发明公开了一种星型磺酸基两性离子表面活性剂作为起泡剂的应用。该两性离子表面活性剂通过以下步骤制备：在装有长链脂肪伯胺乙醇溶液和酸性催化剂的反应瓶中滴加定量的三羟甲基丙烷‑三(3‑吖丙啶基丙酸酯)反应液进行第一步氮丙啶开环反应；再向反应液中加入定量的2‑氯乙基磺酸钠反应液进行第二步磺酸基取代和季胺化反应，所得产物为一种具有多电荷的星型两性离子表面活性剂。该两性离子表面活性剂可作为起泡剂应用在泡沫压裂工艺中。该起泡剂具有起泡能力强、泡沫稳定性好、抗盐等优点。

技术领域

本发明属于高效表面活性剂领域，特别涉及一种星型磺酸基两性离子表面活性剂作为起泡剂的应用。

背景技术

压裂酸化在碳酸盐岩中进行，能较大面积地改造低渗透油气层，而泡沫酸相对于常规酸化具有更好的酸化效果。泡沫酸要求选择适当的发泡剂及稳泡剂，能提高表面枯度，增加泡沫稳定性。但是目前的泡沫抗酸性及稳定性较弱，不能很好的进行泡沫酸配制，因此急需一种具有起泡能力强、泡沫稳定性好、抗高矿化度的起泡剂。迄今，具有这种结构的两性离子表面活性剂尚未见报道。

发明内容

为了克服上述问题，本发明设计和制备了一种具有多电荷的星型两性离子表面活性剂，本发明将该两性离子表面活性剂作为起泡剂，应用在泡沫压裂工艺中。

为达到上述目的，

一种星型磺酸基两性离子表面活性剂作为起泡剂的应用，应用在泡沫压裂工艺中，该化合物结构式为：

其中，R₁-为长脂肪链，碳链中碳原子数为12～18。

作为起泡剂应用时是单独使用或与助剂复配使用，且该表面活性剂在应用体系中的浓度为50mg/L～1000mg/L。

星型磺酸基两性离子表面活性剂的制备方法包括以下步骤：

向长链脂肪伯胺乙醇溶液和酸性催化剂中加入三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)反应液进行氮丙啶开环反应，在50～80℃反应6～8h；

在弱碱性条件下，向上述反应物中加入2-氯乙基磺酸钠水溶液进行磺酸基取代和季胺化反应，在70～90℃反应10～16h；反应结束后除去不溶物质，浓缩反应液，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得产物。

在氮丙啶开环反应中，三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)和长链脂肪伯胺摩尔比为1:3。

在氮丙啶开环反应中，所述的酸性催化剂为质量分数为85％的磷酸水溶液，其用量为原料总质量的1％。

在磺酸基取代和季胺化反应中，弱碱性条件pH＝9～10，反应液用NaOH调至弱碱性。

在磺酸基取代和季胺化反应中，2-氯乙基磺酸钠的物质的量是三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)的6倍。

本发明具有以下优点：

本发明制备的具有多电荷的星型两性离子表面活性剂可作为起泡剂应用在泡沫压裂工艺以及油气井的采油、采气等工艺中。该起泡剂拥有超强的起泡能力，泡沫丰富细腻，在100mg/L的浓度下，初始泡沫高度均大于85mm，3min后均泡沫高度均大于60mm，携液能力可达30mL/min；抗盐能力强，抗矿化度可达200000mg/L。

具体实施方式

本发明的反应方程式为：

其中，R₁-为长脂肪链，碳链中碳原子数为12～18。

根据上述反应机理，本发明采用如下技术方案

一种具有多电荷的星型两性离子表面活性剂，该表面活性剂的结构式为：