双十二烷基甲基甜菜碱的制备及其应用.pdf

双十二烷基甲基甜菜碱的制备及其应用 * 程珊，刘海峰，任朝琴，蒋建中，王峰，张天林，崔正刚 江南大学化学与材料工程学院，江苏无锡（214122） *Email: cuizhenggang@ 摘 要：本文研究了一种新型两性表面活性剂⎯双十二烷基甲基甜菜碱的制备并考察了其作 为驱油用表面活性剂的可行性。结果表明，在 NaOH 存在下用氯乙酸与双十二烷基甲基叔 胺反应，可以制取双十二烷基甲基甜菜碱。通过正交试验得到的最佳条件为：氯乙酸/叔胺 摩尔比=1.1/1 ，NaOH/ 氯乙酸摩尔比=1.1/1 ，反应温度100℃，反应时间8 小时。在此条件下 产率可达82.80%。元素分析和光谱、质谱分析表明合成化合物的分子结构与目标化物相符。 -6 双十二烷基甲基甜菜碱具有很高的表面活性。25 ℃时 cmc 为 5.5×10 mol/L 数量级， γcmc 2 为27.6 mN/m ，在气/液界面上饱和吸附时的分子截面积为0.35~0.36 nm ，小于SDS 分子的 2 0.5nm 。双十二烷基甲基甜菜碱亦具有优良的耐盐能力。通过与其它表面活性剂复配，可用 于配制无碱驱油剂，在质量分数为0.05~0.3%的总浓度范围内，能使大庆原油/地层水的界面 -3 张力降至10 mN/m 数量级，驱油试验提高采收率 18%左右。 关键词：双十二烷基甲基甜菜碱；合成；无碱驱油剂；提高石油采收率；超低界面张力 中图分类号：O623.65+3, O623.731, O647.11 1.引言 随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国的原油消费量急剧增加， 2008 年原油对外依存度已突破 50% 。另一方面，我国仍拥有巨大的原油储量，问题在于相 当部分的储量用常规方法难以采出。通常用常规的一采( 自喷)和二采(注水驱)方法仅能采出 地下石油储量的 40%左右。剩下的残余油被圈捕在多孔岩石的孔隙中，由于毛细作用在常 [1-2] 规注水压力下难以流出。为了开采出这些残余油需要采用新的技术，即三次采油技术 。 -3 mN/m 数量级，则在常 理论上如果注入表面活性剂水溶液使原油/水界面张力降至 10 规注水压力下就能使被圈捕的油滴从多孔介质中流出。这就是所谓的超低界面张力驱油，是 表面活性剂驱油的主要机理。 在过去的一、二十年中，国内外广泛开展了碱-表面活性剂-聚合物三元复合驱技术的研 -3 究。结果表明，三元复合驱能将原油/地层水界面张力降至 10 mN/m 数量级，在水驱基础 上提高采收率 15%~20% ，是一种有效的三次采油方法。然而近年来的一些矿场试验逐渐暴 露了三元复合驱的缺陷[3-5]，其中最主要的是碱可能通过与岩石或地层水中的矿物质反应， 生成不溶性物质，导致油井结垢，毛细通道堵塞，严重的甚至可能导致油井报废。此外由于 高碱耗，设备管道易于腐蚀、聚合物增稠效应降低等因素，三元复合驱的实际综合成本并不 低。为了克服这些副作用和缺陷，需要研究以表面活性剂-聚合物二元复合驱取代三元复合 驱[6-12] 。 然而三元复合驱中常用的廉价表面活性剂，如石油磺酸盐，重烷基苯磺酸盐、天然羧酸 盐、石油羧酸盐以及木质素磺酸盐等，在无