一种抗高温Gemini阳离子粘弹性表面活性剂及其合成方法
【专利摘要】一种抗高温Gemini阳离子粘弹性表面活性剂及其合成方法，涉及石油行业采油技术工程领域，以不饱和长链脂肪酸和N,N-二甲基丙二胺反应合成脂肪酸酰胺基中间体；以甲胺和环氧氯丙烷反应合成氯胺中间体；将以上两步合成的中间体再反应，合成抗高温Gemini阳离子粘弹性表面活性剂。本发明高温表面活性转向酸体系在160℃高温下与岩石反应，液体出现明显的变粘转向，且盐酸浓度在5%以下自动破胶，可实现快速返排。其耐温性能好，价格也相对低廉，利于推广应用。
【专利说明】—种抗高温Gemini阳离子粘弹性表面活性剂及其合成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油行业采油技术工程领域，特别是石油开采行业中油气井酸化用的酸液稠化剂的合成【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前把能够使水溶液形成粘弹性流体的表面活性剂称为粘弹性表面活性剂。这类表面活性剂由于具有优异的综合性能，如:①易生物降解，不含有机溶剂，绿色环保，使用安全；②分子量小，容易返排，不会对地层造成伤害；③溶于热水，可做成浓缩液，方便现场使用；④性能突出，做成的VES清洁压裂液可耐100°C以上高温用量少，成本低等，同时其表现出独特的流变性能，如粘 弹性、低剪切下高粘度、剪切稀释、触发性以及优异的粘温特性等，因此在油气田增产中的许多领域和环节得到了应用。
自上世纪90年代以来，国外已成功地将粘弹性表面活性剂(简称VES)技术用于压裂液。1997年斯伦贝谢公司将粘弹性表面活性剂用于压裂作业中，取得了显著的效果，并把这种压裂液称之为“清洁压裂液”。基于粘弹性表面活性剂在压裂作业取得的成功，斯伦贝谢公司在2000年将粘弹性表面活性剂应用于基质酸化中取得了很好的效果。这种基于VES自转向酸酸化体系(VDA)，同样成功运用于科威特和埃及的油田中，使老井恢复了生产，新投产井提高了可采储量。随后对用于酸液中的粘弹性表面活性剂的研究也得到了突飞猛进地发展，形成了一系列清洁酸液体系，从而掀起了研究合成出低成本、高效、耐温的粘弹性表面活性剂的高潮。F.F.Chang等人报道了一种成功应用于渗透率为150X 10_3~530X 10_3μ m2的高含水油井中的粘弹性表面活性剂基自转向分流酸，其热稳定性温度超过148.8°C。Diedre Taylor等人研制了一种温度稳定性提高的粘弹性表面活性剂基自转向酸液体系，在温度为149°C时仍然具有稳定性。这些酸液体系都表现出了优异的的性能，而且成本低，有良好的经济效益。然而国内的研究主要集中在描述溶液流变特性、胶束的形态及弹性产生的机理，而对运用性研究还有所欠缺。
[0003]目前，国内用于自转向酸的粘弹性表面活性剂有VES-1、VDA-08、SDVA, SAP-BET,BNS, VDA-SL, VDA等，这些表面活性剂中以两性表面活性剂居多，兼有阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂。2005年崔会杰、李建平等研制出的增稠剂VES-1和VES-1I季铵盐型表面活性剂。2006年，李圣涛研究了酯型季铵盐表面活性剂和一系列的N-烷基-N，N-双(2-羟乙基)十八烷基溴化铵表面活性剂，使用温度均低于70°C。2002年陈馥等在室内以十八酸为原料，合成出α-溴代十八酸，然后再与三甲胺反应得到了甜菜碱类表面活性剂，2006年郑云川和赵立强等研制了芥子酰胺丙基甜菜碱，配制出适用于砂岩酸化的分流酸和适用于碳酸盐岩酸化的清洁变粘酸。我们不难看出，虽然各种新型的表面活性稠化剂相继提出，但是它们存在一些普遍问题，如耐温性差，普遍在60~90°C之间，此外此类表面活性剂存在成本问题。
[0004]抗高温转向酸体系的开发受到了人们的广泛关注。如2011年刘友权研制出一种适用于高温深井、长井段厚层井均匀酸化的CT高温转向酸。2012年西南石油大学的陶震和杨旭等人采用C12~22脂肪酸和3- 二甲氨基丙胺合成了 J型、Y型、R型和月桂酸等表面活性转向剂，并将这些转向剂进行复配得到抗高温转向酸体系。在100°C下该转向酸体系的最大黏度达到170 mPa.S。最近，沈建新等人将一种新的高温表面活性剂基清洁就地转向酸体系用于塔里木盆地碳酸盐岩油气藏酸化酸压中，取得了明显的效果，对于残酸在150°C、170 s—1下粘度不小于150 mPa.S，其缺点是高温转向剂用量较大(10%)。但至今为止，这样的例子还太少，有必要加大研发力量，进行抗高温就地转向酸体系的研制。
[0005]目前国内现场使用的清洁转向酸液体系的耐温能力较差，限制了该技术的推广应用。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于研究一种耐温性能好、价格相对低廉的新型Gemini阳离子粘弹性表面活性剂。
[0007]本发明的分子结构式为:
【权利要求】
1.一种抗高温Gemini阳离子粘弹性表面活性剂，其分子结构式为:
2.一种如权利要求1所述抗高温Gemini阳离子粘弹性表面活性剂的合成方法，其特征在于以不饱和长链脂肪酸和N，N- 二甲基丙二胺反应合成脂肪酸酰胺基中间体；以甲胺和环氧氯丙烷反应合成氯胺中间体；将合成的脂肪酸酰胺基中间体和氯胺中间体再反应，取得抗高温Gemini阳离子粘弹性表面活性剂。
3.根据权利要求2所述合成方法，其特征在于所述不饱和长链脂肪酸为油酸或芥酸。
4.根据权利要求2所述合成方法，其特征在于先将长链不饱和脂肪酸加热至融化后，在氩气保护并搅拌下，滴加过量N，N- 二甲基丙二胺和氢氧化钾水溶液，搅拌加热至反应结束后，冷却至室温，减压蒸馏除去未反应的N，N-二甲基丙二胺及水，得到脂肪酸酰胺基中间体。
5.根据权利要求4所述合成方法，其特征在于所述不饱和脂肪酸、N,N- 二甲基丙二胺及氢氧化钾水溶液中的氢氧化钾的投料摩尔比为1: 1.12~1.15: 0.003。
6.根据权利要求2所述合成方法，其特征在于将甲胺的甲醇溶液与无水乙醇混合后于o°c环境温度下，向滴加环氧氯丙烷，然后在室温条件下反应，经减压蒸馏除去溶剂(溶剂为:甲醇和无水乙醇)，得到氯胺中间体。
7.根据权利要求6所述合成方法，其特征在于所述甲胺的甲醇溶液中甲胺与环氧氯丙烷的混合摩尔比为1: 2。
8.根据权利要求6或7所述合成方法，其特征在于所述甲胺的甲醇溶液中甲胺的浓度为 2.0 mol/Lo
9.根据权利要求2所述合成方法，其特征在于以无水乙醇为溶剂，将脂肪酸酰胺基中间体和氯胺中间体混合后，升温至回流反应到反应结束，然后经减压蒸馏除去溶剂，取得抗高温Gemini阳离子粘弹性表面活性剂。
10.根据权利要求9所述合成方法，其特征在于所述脂肪酸酰胺基中间体和氯胺中间体的混合质量比为2: I。
【文档编号】C09K8/74GK103965861SQ201410213649
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】袁萍, 虞建业, 卢敏晖, 马巍 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司江苏油田分公司