一种阴非离子型表面活性剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及活性剂制备领域，具体涉及一种阴非离子型表面活性剂及其制备方法。


背景技术：

2.随着非常规油气资源勘探开发的不断发展，体积压裂通过沟通地层微裂缝形成复杂缝网提高导流能力成为该类储层增产的主要技术方向[3]。非常规油气藏储集层具有微纳米级吼道，孔吼半径小，压裂在形成复杂缝网的同时通过人为改变岩石润湿性，借助毛细管力发生渗吸效应，实现油水置换，补充地层能量，对提高单井产量具有积极作用。
[0003]
因此，研发一种可以改变岩石润湿性从而发生渗吸作用的表面活性剂显得尤为重要。目前对渗吸的研究主要集中在渗吸作用影响因素及表面活性剂对渗吸作用的影响机理方面。研究者认为影响渗吸作用的主要因素为润湿性、界面张力和毛细管力。
[0004]
表面活性剂通过单分子层吸附机理、离子对机理及胶束增溶机理可以改变岩石表面润湿性和油水界面张力等，进而提高渗吸效率。表面活性剂在微裂缝细小吼道发生渗吸效应可以提高单井产量成为近年来非常规油气藏开发取得的重要技术认识。现有的阴非离子型表面活性剂剥离了岩心表面的油性吸附物效果差，其水溶液在岩心中的渗吸效率低，不便于实现非常规油气藏储层驱油。
附图说明
[0005]
图1为本发明的阴非离子型表面活性剂制备方法示意图。


技术实现要素：

[0006]
为解决上述技术问题，本发明提供一种阴非离子型表面活性剂，具有如下化学式：
[0007][0008]
式中，m为金属na或k中的任意一种。
[0009]
进一步地，所述式中m-1＞2n，其中m和n均为正整数。
[0010]
一种阴非离子型表面活性剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0011]
步骤一，在容器中，依次加入一定量的烷基醇聚氧乙烯醚、马来酸酐和催化剂，通入氮气约30min后升温至50℃左右，待反应物完全融化后升温至100℃，在氮气保护下反应4h，得到中间产物；
[0012]
步骤二，磺化过程：用碱性水溶液中和中间产物ph值，在搅拌下加热到一定温度，然后缓慢加入定量的14％亚硫酸钠水溶液，恒温反应；
[0013]
步骤三，每隔一定时间取样分析碘值，由亚硫酸钠的残留量计算反应物的磺化率，当磺化率变化小于0.5％/h时终止反应；
[0014]
步骤四，将步骤三的产物经石油醚、乙醇处理后，冷冻结晶干燥所得提纯物即为阴非离子型表面活性剂。
[0015]
进一步地，所述步骤一中的容器为配有磁力搅拌、温度计和冷凝回流装置的三口烧瓶，反应过程中通过磁力搅拌实现不同溶液的混合。
[0016]
进一步地，所述步骤一中的氮气为氮气，氮气填充在三口烧瓶的空余部位。
[0017]
进一步地，所述步骤一中添加的催化剂为氢氧化钾和氢氧化钠中的任意一种，其中，催化剂的占重量百分比为1.9％-2.1％。
[0018]
进一步地，所述步骤二中的碱性水溶液为30％naoh水溶液，步骤二中和反应后ph值在7-7.5的范围
[0019]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0020]
1、本发明反应过程简单，通过烷基醇聚氧乙烯醚和马来酸酐在催化剂的作用在发生酯化反应，在经过亚硫酸钠水溶液，发生磺化反应，有效的缩短反应的过程中，便于阴非离子型表面活性剂的制备。
[0021]
2、本发明润湿时间缩短，表明液体在固体表面铺展、扩散的增快，一定程度反应了表面活性剂溶液改变岩石润湿性能，受水质矿化度的影响较小。
[0022]
3、本发明可明显改善油湿岩心润湿角，将油湿毛细管通过润湿反转变成水湿，润湿改变能力效果明显。
具体实施方式
[0023]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
[0024]
一种阴非离子型表面活性剂，具有如下化学式：
[0025][0026]
式中，m为金属na或k中的任意一种。
[0027]
进一步地，所述式中m-1＞2n，其中m和n均为正整数。
[0028]
实施例1
[0029]
一种阴非离子型表面活性剂的制备方法，包括如下步骤：
[0030]
步骤一，在配有磁力搅拌、温度计和冷凝回流装置的三口烧瓶中，反应过程中通过磁力搅拌实现不同溶液的混合，依次加入烷基醇聚氧乙烯醚、马来酸酐和催化剂，其中催化剂为氢氧化钾溶液，加入的烷基醇聚氧乙烯醚与马来酸酐的摩尔比为1:2，催化剂的占重量百分比为1.9％-2.1％，通入氮气约30min后升温至50℃左右，待反应物完全融化后升温至100℃，在氮气保护下反应4h，得到中间产物；
[0031]
反应中的化学式如下：
[0032][0033]
步骤二，磺化过程：用30％naoh水溶液中和中间产物ph值，中和反应后ph值在7-7.5的范围，在搅拌下加热到一定温度，然后缓慢加入定量的14％亚硫酸钠水溶液，恒温反应。
[0034]
反应中的化学式如下：
[0035][0036]
步骤三，每隔一定时间取样分析碘值，由亚硫酸钠的残留量计算反应物的磺化率，当磺化率变化小于0.5％/h时终止反应；
[0037]
步骤四，将步骤三的产物经石油醚、乙醇处理后，冷冻结晶干燥所得提纯物即为阴非离子型表面活性剂。
[0038]
经检测表面表面活性剂，在25℃时，临界胶束浓度为0.042g/l，在0.3％的表面活
性剂溶液临界表面张力为3.00mn/m。
[0039]
实施例2
[0040]
操作过程：
[0041]
步骤一，在配有磁力搅拌、温度计和冷凝回流装置的三口烧瓶中，反应过程中通过磁力搅拌实现不同溶液的混合，依次加入烷基醇聚氧乙烯醚、马来酸酐和催化剂，其中催化剂为氢氧化钾溶液，加入的烷基醇聚氧乙烯醚与马来酸酐的摩尔比为1.5:2，催化剂的占重量百分比为1.9％-2.1％，通入氮气约30min后升温至50℃左右，待反应物完全融化后升温至100℃，在氮气保护下反应4h，得到中间产物；
[0042]
步骤二，磺化过程：用30％naoh水溶液中和中间产物ph值，中和反应后ph值在7-7.5的范围，在搅拌下加热到一定温度，然后缓慢加入定量的14％亚硫酸钠水溶液，恒温反应。
[0043]
步骤三，每隔一定时间取样分析碘值，由亚硫酸钠的残留量计算反应物的磺化率，当磺化率变化小于0.5％/h时终止反应；
[0044]
步骤四，将步骤三的产物经石油醚、乙醇处理后，冷冻结晶干燥所得提纯物即为阴非离子型表面活性剂。
[0045]
经检测表面表面活性剂，在25℃时，临界胶束浓度为0.052g/l，在0.3％的表面活性剂溶液临界表面张力为3.37mn/m。
[0046]
实施例3
[0047]
操作过程：
[0048]
步骤一，在配有磁力搅拌、温度计和冷凝回流装置的三口烧瓶中，反应过程中通过磁力搅拌实现不同溶液的混合，依次加入烷基醇聚氧乙烯醚、马来酸酐和催化剂，其中催化剂为氢氧化钾溶液，加入的烷基醇聚氧乙烯醚与马来酸酐的摩尔比为2:2，催化剂的占重量百分比为1.9％-2.1％，通入氮气约30min后升温至50℃左右，待反应物完全融化后升温至100℃，在氮气保护下反应4h，得到中间产物；
[0049]
步骤二，磺化过程：用30％naoh水溶液中和中间产物ph值，中和反应后ph值在7-7.5的范围，在搅拌下加热到一定温度，然后缓慢加入定量的14％亚硫酸钠水溶液，恒温反应。
[0050]
步骤三，每隔一定时间取样分析碘值，由亚硫酸钠的残留量计算反应物的磺化率，当磺化率变化小于0.5％/h时终止反应；
[0051]
步骤四，将步骤三的产物经石油醚、乙醇处理后，冷冻结晶干燥所得提纯物即为阴非离子型表面活性剂。
[0052]
经检测表面表面活性剂，在25℃时，临界胶束浓度为0.052g/l，在0.3％的表面活性剂溶液临界表面张力为3.37mn/m。
[0053]
表面活性剂的润湿性能检测：
[0054]
(1)用蒸馏水和矿化度为10g/l的水将表面活性剂配制成质量分数为0.3％的1.0l溶液，保持溶液温度为20+2℃，静置备用；
[0055]
其中，矿化度为10g/l的水用9.4g氯化钠、0.64g六水合氯化镁、0.3g无水氯化钙和蒸馏水配制；
[0056]
润湿时间缩短，表明液体在固体表面铺展、扩散的增快，一定程度反应了表面活性
剂溶液改变岩石润湿性能。润湿时间除了与表面活性剂性能有关，也受水质矿化度的影响。4种表面活性剂在蒸馏水和矿化度为10g/l条件下的润湿时间见表1。
[0057][0058]
表1
[0059]
qy-1和本产品在清水中的润湿时间较短，在矿化度为10gl条件下延迟约15s，改变岩石润湿性能优于1631和chsb。
[0060]
将内径为0.35mm的油湿毛细管竖直插入盛满待测溶液的比色皿中，比色皿后方放置带刻度的量尺，观察相同时间内毛细管中溶液上升高度，并以比色皿中液面为基线记录毛细管内液面与基线的高度差，即为测试条件下待测溶液的毛细上升高度，以此评价其对毛细管内壁润湿性的改变能力；
[0061]
多孔介质的润湿性制约着渗吸过程的发生，可促使润湿相流体进入孔隙并置换孔隙中存留的非润湿相流体，润湿性决定孔道中毛管力的大小和方向，如果该方向与水向岩心介质中吸入方向一致，那么在毛细管力作用下的自发渗吸就能发生，反之为阻力，由4种表面活性剂在不同浸没时间内的毛细管液面上升高度(cm)表2可见；
[0062]
时间/min清水1631chsbqy-1本产品10-0.3-0.51.12.12.320-0.40.81.22.22.530-0.51.41.32.42.6
[0063]
表2
[0064]
本产品在毛细管中的上升高度最大，本产品可明显改善油湿岩心润湿角，将油湿毛细管通过润湿反转变成水湿，润湿改变能力效果明显；
[0065]
而1631初始高度在液面以下，随着时间的增加毛细管液位上升，说明1631在毛细管最初浸入溶液时未能很快将其内表面润湿性由油湿性改变为水湿性，润湿改变能力较差，1631分子中的阳离子基团与毛细管表面的负电荷吸附，疏水基朝外，当单层吸附达到饱和后，表面活性剂发生双层吸附，亲水基朝外，从而改变毛细管的润湿性。
[0066]
本产品的相比于其他产品润湿时间较短，有效的剥离岩心表面的油性吸附物，便于实现油气藏储层的驱油。
[0067]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。
[0068]
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。
[0069]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。