[发明专利]一种非离子-阴离子复合型表面活性剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

一种非离子-阴离子复合型表面活性剂的制备方法及其应用，属于胶体与界面化学技术领域。

背景技术

2011年我国原油对外依存度已突破55%，超过了美国。另一方面，通过勘探新油田增加石油储备已经越来越困难。因此对老油田进行“三次采油”，进一步提高采收率成为我国原油稳产高产的战略措施。

通常，通过一次采油(自喷)和二次采油(注水驱)仅能采出地下石油储量的30%~40%，即60%~70%的原油仍残留地下。这些所谓的残余油通常被圈捕在多孔岩石的孔隙中，由于毛细作用在常规注水压力下难以流出。在水驱后采用任何新技术开采残余油统称为“三次采油”。其中在注入水中加入表面活性剂使原油/水界面张力降到超低，即10^-3 mN/m数量级，并辅以聚合物进行流度控制提高扫油效率，可使被圈捕的残余油克服毛细作用，在注水压力下流向生产井。试验表明，超低界面张力驱油通常可在水驱基础上进一步提高采收率15%~20%。

自上世纪80年代以来，国内外广泛开展了超低界面张力驱油技术的研究。结果表明，使用常规表面活性剂在低浓度条件下很难将原油/地层水界面张力降至超低，但如果注入水中含有一定浓度的碱，例如NaOH，则能容易地获得超低界面张力。其机理是碱能与原油中的有机酸或酯类物质反应，就地生成表面活性物质，它们与外加的表面活性剂产生协同效应，从而更易使原油/水界面张力降到超低。建立在这一技术基础上的碱-表面活性剂-聚合物三元复合驱由此成为我国三次采油技术的主攻方向，可在水驱的基础上进一步提高采收率20% 左右。

然而近年来三元复合驱矿场试验表明，使用碱尤其是强碱可能导致一系列不利因素。例如碱可能通过与岩石或地层水中矿物质的反应生成不溶性物质，造成设备和油井结垢以及毛细通道堵塞，严重的可能导致油井报废；此外使用碱还容易导致设备和管道腐蚀，降低聚合物的增稠效果，使综合成本增加。显然若能以无碱二元复合驱取代三元复合驱，在技术上则更为先进。

近10年来国内外广泛开展了无碱驱油用表面活性剂的研究，已报道的无碱驱油用表面活性剂有阴离子型，如石油磺酸盐、α-烯烃磺酸盐衍生物、磺基琥珀酸酯、烷基萘磺酸盐等，非离子表面活性剂如烷基醇酰胺等，阳离子表面活性剂如Gemini 阳离子等，以及两性表面活性剂如羧基甜菜碱和磺基甜菜碱等。这些表面活性剂各有不足，例如，阴离子表面活性剂抗硬水能力差，对高矿化度油藏难以适应；非离子表面活性剂因浊点问题对温度敏感；阳离子表面活性剂在岩石表面的吸附损耗大；而两性表面活性剂价格昂贵，使用成本高。此外，不管是哪类表面活性剂，单独使用都难以使原油/水界面张力降到超低，通常需要与其它种类的表面活性剂复配，由此可能导致色谱分离效应。

为了改善阴离子表面活性剂的耐硬水性，人们对阴离子表面活性剂分子结构进行了改造。例如对脂肪醇硫酸盐，在分子中引入聚氧乙烯基团可以显著提高耐硬水性和表面活性。这种阴离子-非离子复合型表面活性剂，即醇醚硫酸盐，已在民用和工业领域获得广泛应用。为了克服硫酸盐在高温、中性和酸性介质中易水解的缺点，近年来人们又开发了醇醚羧酸盐以及醇醚磺酸盐等新品种。它们能够耐酸、碱和氧化剂，同时具备优良的耐硬水性。其中醇醚羧酸盐已有工业化生产，在民用领域已获得广泛应用，例如作为洗涤剂、乳化剂、发泡剂等。而醇醚磺酸盐的工业化生产尚处于研究阶段。

在现有的专利文献中，有几项专利涉及醇醚羧酸盐在油田化学领域中的应用。其中US 4,485,873报道了将部分羧甲基化的醇醚用于中等到高矿化度油藏提高采收率，US 4,542,790报道了用醇醚羧酸盐和醇醚或酚醚类非离子表面活性剂复配用于中等到高矿化度油藏提高采收率，表面活性剂总浓度为1-20%；而WO2008/079855 A2报道了一种仲(支链)醇醚羧酸盐在三次采油和个人护肤用品方面的应用。此外，有多个专利涉及醇醚羧酸盐的制备方法，包括羧甲基化法，氧化法等。有关醇醚羧酸盐的合成和应用研究，国内亦有很多报道，但迄今尚无有关醇醚羧酸盐用于无碱二元复合驱油的专利申请以及论文报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于可再生原料的阴离子-非离子复合型表面活性剂醇醚羧酸盐的制备方法及其应用；其通过与其它表面活性剂复配，能在无碱条件下将大庆原油/水界面张力降至超低，适用于无碱二元复合驱提高石油采收率。

本发明的技术方案：一种阴离子-非离子型复合型表面活性剂，该类表面活性剂由脂肪醇加成环氧乙烷，再经过羧甲基化得到：

其中R为饱和直链烷基，碳原子数为12~18；加成的环氧乙烷数n为2~5。