[发明专利]一种星型羧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羧酸基两性离子表面活性剂作为起泡剂的应用。该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氯甲烷(或氯化苄)反应液进行第二步季胺化反应，所得产物为一种携带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以及油气井的采油、采气等工艺中。该起泡剂具有起泡能力强、泡沫稳定性好、抗盐、使用温度广泛等优点。

技术领域

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

背景技术

随着鄂尔多斯盆地延长气田的大规模开发，气井压裂井次在不断增多，压裂规模在不断增大，作为一种优质低伤害的压裂液体系,泡沫压裂液被采用的井次和规模也在加大。在泡沫压裂液体系，起泡剂的作用是在气、液混合后，使气体呈气泡状均匀分散在液体中形成泡沫，且具有良好的稳泡效果。因此起泡剂优劣不仅影响泡沫的形成和性质，而且对压裂的成功与否起着至关重要的作用。在水气田开发中，地层水和凝析油不断随天然气进入井筒，进而气井采输面临着高温、高含凝析油、高矿化度等排水采气难题，现有常规泡沫排水采气工艺由于缺乏优良的起泡剂已无法有效解决，而且我国大部分的气田在冬季，其地表温度非常低,能达到-20～-30℃，一般的起泡剂在此温度下会结冻而无法正常使用，急需新型的抗极端温度、抗高矿化度的起泡剂。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种星型羧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以及油气井的采油、采气等工艺中。

为达到上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种星型羧酸基两性离子表面活性剂作为起泡剂的应用，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。

星型羧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氯乙酸钠水溶液进行羧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％。

在羧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。

在羧基取代和季胺化反应中，氯乙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：

本发明制备的携带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和稳泡能力，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，携液能力强，携液量大于30mL/min；抗盐能力强，抗矿化度可达180000mg/L；使用温度范围广泛，在-30～120范围内，仍能保持很好的泡沫能力。

具体实施方式

本发明的反应方程式为：