驱油用芥酸酰胺丙基甜菜碱的合成与性能评价_蔡红岩

。大量矿场实验证明， 化学复合驱是
国 内 高 含 水 老 油 田 稳 产、 增产最有效的技术之 ［2 － 3 ］ 。通过近 30 年的发展， 一 强碱三元复合驱形成 了包括室内研究、 驱油剂生产、 方案设计、 地面工程、 注入系统和效果评价等在内的一整套成熟技术 ， 已 进入工业化推广应用阶段； 弱碱三元复合驱生产出 质量稳定的石油磺酸盐工业产品， 先导试验阶段效 果良好。然而， 现场应用中也发现， 三元复合驱中的 碱会导致腐蚀结垢、 举升及破乳困难和地层伤害等 问题
［ 11 － 12 ］ ， 无碱剂国内外研究较多 其界面性能较优异。 不过， 该类表面活性剂也存在高碳数活性剂临界胶束
Sigma量分数 99% ） ， 正十八烷 （ 质量分 数 99% ） ， Aldrich 公司； 纯水， 电阻率 18 MΩ·cm。 Büchi 玻 璃 反 应 釜，瑞 士 Büchi AG 公 司； Parr4566 反应釜， 美国 Parr 仪器公司； Nicolet 6700 傅里叶变换红外光谱仪， 美国 Nicolet 公司； LCMS －
－5 的表界面性能、 吸附特性和增黏性。结果表明， 该表面活性剂的临界胶束浓度（ CMC） 为 1. 02 × 10 mol / L， 对应
EBC 与大庆和苏丹油田原油达到 10 － 4 的表面张力 γ CMC 为 29. 60 mN / m； 最小烷烃碳数（ n min ） 为 16 ； 无碱条件下， ～ 10 － 3 mN / m 数量级的超低界面张力， m（ EBC） ∶ m（ DABS） = 8∶2 ， 复配体系质量分数 0. 001% ～ 0. 20% 与长庆马 岭油田原油达到超低界面张力， 界面性能优异， 且抗稀释能力强； 该表面活性剂在天然油砂上的吸附量为 0. 07 ～ 0. 51 mg / g 砂， 小于 1. 0 mg / g 砂的指标要求； 而且具有明显的增黏性能 。 甜菜碱 EBC 可作为较理想的驱油用表 面活性剂应用于化学复合驱 。 关键词： 化学复合驱； 甜菜碱； 酰胺； 表面张力； 界面张力； 油田化学品与油品添加剂 中图分类号： TQ423． 31 文献标识码： A 文章编号： 1003 － 5214 （ 2014 ） 05 － 0638 － 06
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1
1. 1
实验部分
。
近年来， 表面活性剂 － 聚合物二元复合驱技术 因不使用碱， 有效保留聚合物的黏弹性并避免三元 复合驱的各种副作用受到重视。国内无碱表面活性 剂主要包括： 石油磺酸盐、 改性羧酸盐、 烷醇酰胺和 甜菜碱等
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试剂与仪器 SigmaAldrich 公司； N， 芥酸 （ 质量分数 90% ） ， N1， 32二甲基丙二胺（ 质量分数 99% ） ， 氯乙酸钠 （ 质量分数 98% ） ， 阿法埃莎 （ 天津 ） 化学有限公司；
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注， 用于驱油的报道不多。从结构上看， 芥酸酰胺丙 基甜菜碱疏水基碳数达到 25， 且含有双键、 酰胺键这 些增进溶解性的基团， 符合“高碳数” 与“水溶性” 兼 顾的原则。该剂种只需两步即可合成， 且中间体及产 物无需复杂处理工艺， 有利于放大生产。本文以酰胺 化、 季铵化两步反应合成了芥酸酰胺丙基羧基甜菜 碱， 并评价其表界面性能、 吸附特性和增黏性。
Abstract ： Erucyl amidopropyl carboxyl betaine EBC was prepared from erucic acid ， N， Ndimethyl1， 3propanediamine ， and sodium chloroacetate． The structures of erucyl amide EA and betaine product EBC were analyzed by FTIＲ and MS． Surface / Interface activities， adsorption characteristic and viscosifying capability of this surfactant were evaluated． The CMC of betaine EBC was 1. 02 × 10 － 5 mol / L， and its corresponding γ CMC was 29. 60 mN / m． The minimum carbon number of this betaine was 16． Under alkalifree conditions， ultralow interfacial tensions in the 10 － 4 ～ 10 － 3 mN / m magnitude were reached for betaine EBC with crude oil of Daqing and Sudan oilfields． In the content range of 0. 001% ～ 0. 20% ， the interfacial tension between m（ EBC ） ∶ m（ DABS） = 8∶2 ， combined formulation and crude oil of Changqing oilfield reached ultralow magnitude ， showing excellent interfacial activity and strong antidilution capability． The adsorption on natural core sand of EBC was in 0. 07 ～ 0. 51 mg / g sand range ， less than the evaluation criteria of 1. 0 mg / g． In addition， the solutions of this betaine exhibited good viscosifying capability． Erucyl amidopropyl carboxyl betaine EBC can be used as a suitable oildisplacement surfactant in combined chemical flooding． Key words： combined chemical flooding； betaine； amide； surface tension ； interfacial tension； oilfield chemicals and petroleum additives Foundation items： Supported by National Key Technologies Ｒ ＆ D Program （ 2008ZX05010 － 005 ） ，
第5 期
蔡红岩， 等： 驱油用芥酸酰胺丙基甜菜碱的合成与性能评价
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PetroChina Scientific Ｒesearach ＆ Development Project （ 2010A － 1402 － 04 ） ， CNPC Key Science ＆ Technology Project（ 2011E － 2507 ） 该技术通过 化学复合驱始于 20 世纪 80 年代， 表面活性剂、 碱和聚合物的协同作用可大幅度提高 原油采收率
129 收稿日期： 2013 － 12 － 25 ； 定用日期： 2014 － 03 － 11 ； DOI： 10． 13550 / j． jxhg． 2014． 基金项目： 国家重大科技专项课题（ 2008ZX05010 － 005 ） ； 中国石油天然气股份有限公司科研与技术开发课题（ 2010A － 1402 － 04 ） ； 中国石 油天然气集团公司重大科技专项课题（ 2011E － 2507 ） E － mail： caihy7@ 163． com。 作者简介： 蔡红岩（ 1978 － ） ， 男， 工程师， 硕士， 电话： 010 － 83597054 ，
正癸烷 （ 质量分数 ≥99% ） ， 正十二烷 （ 质量分数 ≥ 99% ） ， 正十四烷 （ 质量分数 ≥99% ） ， 正十六烷 （ 质
。其中， 石油磺酸盐用作无碱剂时适
用的油藏范围较窄； 羧酸盐、 烷醇酰胺存在组分复 杂、 吸附量大等缺陷； 甜菜碱界面性能优异， 非常具 有应用潜力。目前， 国内石油公司已开展了多项无 碱二元驱矿场试验。 不过， 高效无碱驱油用表面活 性剂的缺乏严重制约了二元驱技术的应用进程 。 无碱二元驱配方体系中没有碱， 仅靠表面活性 剂分子在油水界面上的吸附与排列 ， 在不存在碱、 醇 －3 和助剂条件下使油水界面张力达到 10 mN / m 数 量级的超低界面张力范围， 对表面活性剂的性能要 求很高。无碱表面活性剂分子结构设计时， 需使疏 水基碳数尽量大， 以实现无碱条件与原油达到超低 界面张力。同时， 还要对亲水基及与之相接的连接 基进行适当选择来保证表面活性剂的溶解性 ， 实现 “长碳链” “水溶性” 与 的兼顾。 甜菜碱型表面活性剂具有较小的头基， 可在油水 ［ 8 －9 ］ 。 界面较紧密的排列， 因而具有较高的界面活性 早在 1976 年， 就有使用磺基甜菜碱用于高温油藏三 ［ 10 ］ 次采油的报道 。烷基甜菜碱或改性烷基甜菜碱型
Preparation and Activities of Erucyl Amidopropyl Carboxyl Betaine
2 CAI Hongyan1， ， WANG Qiang2 ， WANG Hongzhuang2 ， ZHANG Qun2
〔1 ． College of Energy Ｒesources， China University of Geosciences， Beijing 100083 ， China； 2 ． State Key Laboratory of Enhanced Oil Ｒecovery （ Ｒesearch Institute of Petroleum Exploration ＆ Development） ， China〕 Beijing 100083 ，