[发明专利]一种含氟表面活性剂化合物及制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种含氟表面活性剂化合物及制备方法与应用。含氟表面活性剂具有式I所示的结构。制备方法包括：(1)全氟辛酰氯化合物与正庚胺反应得式II化合物，(2)式II化合物与氯庚酸化合物反应得式Ⅲ化合物，(3)式Ⅲ化合物与碱反应，制得式I化合物含氟表面活性剂。本发明的含氟表面活性剂具有良好的疏水疏油特性，可明显地将储层由液湿性反转为气湿性，以保持裂缝表面清洁，降低井筒工作液在地层表面的吸附，尤其在低渗储层的狭小缝隙和孔吼中，可以明显提高流体的流动性，从而达到增产的目的。

技术领域

本发明涉及一种改变页岩储层表面润湿性的含氟表面活性剂及制备方法与应用，属于提高页岩气采收率的石油化工技术领域。

技术背景

表面活性剂是指以极低的浓度就能显著地降低溶剂表面张力的一类物质。其分子结构有着共同的特点，即它的分子都是由非极性的憎水基与极性的亲水基两部分构成。两部分的结构与性能截然相反的分子碎片或基团处于同一分子的两端，并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构。因而该类物质既亲水，又亲油，但又不是整体亲水或亲油的特性。使其能起乳化、分散、增溶、洗涤等一系列作用。

氟碳表面活性剂作为最重要的特种表面活性剂,由于其分子中引入了氟(F)元素,从而使得它比普通表面活性剂具有更多更独特、更优异的性能,大大提高了表面活性剂的使用价值，进而在各行各业中得到了高度重视和广泛的应用。从结构上讲，是传统碳氢表面活性剂中的氢原子部分或全部被氟原子所取代，而氟在所有元素中电负性最大，范德华原子半径又是除氢以外最小，原子极化率最低。因此，氟原子形成的单键比碳原子与其它原子形成的单键键能都大，而且键长较短，这种结构不仅比碳氢结构稳定，还使氟碳链疏水作用远比碳氢链强烈，且氟碳链间相互作用力弱。正是由于这种特殊的结构赋予了其高表面活性、高耐热稳定性、高化学稳定性和既疏水又疏油的优良特性，具有其它表面活性剂无法比拟的作用，可以应用于一些其它表面活性剂无法胜任的特殊应用领域，市场前景广阔。但是目前市场上可应用于油气田开发过程中改变储层润湿性的氟碳表面活性剂大多数是高聚物类型(如CN101449026)，该类型的氟碳表面活性剂相对分子质量大，易堵塞储层多孔介质，降低储层渗透率，尤其对于低渗储层更为严重，而且高聚物很难生物降解，对地层造成环境污染。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的提供一种可应用于改变页岩储层表面润湿性的新型小分子含氟表面活性剂，该表面活性剂除了具有高聚物氟碳表面活性剂的优势外，还具有分子量小，不易堵塞多孔介质，生物降解能力强等优点。

本发明还提供该含氟表面活性剂的制备方法与应用。

本发明的技术方案如下：

一种含氟表面活性剂，具有式I所示的结构：

其中，M为K、Na或Li。

上述含氟表面活性剂具有三链疏水或疏油结构。具有良好的疏水疏油特性。

根据本发明，一种含氟表面活性剂化合物的制备方法，包括步骤：

(1)在催化剂存在下、于无水乙醇溶剂中，使全氟辛酰氯化合物与正庚胺反应，制得式Ⅱ化合物，

(2)在催化剂存在下、于丙酮溶剂中，使式II化合物与氯庚酸化合物反应，制得式Ⅲ化合物，

(3)在丙酮溶剂中、碱存在下,使式Ⅲ化合物与碱反应，制得式I所示的含氟表面活性剂化合物：

其中，M为K、Na或Li。

根据本发明，优选的，以上步骤(1)-(4)中所用反应原料及试剂均为分析纯及以上纯度。步骤(1)-(4)中所述反应分别在玻璃反应釜中进行。