專利名稱：一種萘取代α-烯烴磺酸鹽表面活性劑及其制備和應用的制作方法
技術領域：
一種萘取代a-烯烴磺酸鹽表面活性劑及其制備和應用，屬于膠體與界面化 學領域。本發明涉及的萘取代a-烯烴磺酸鹽由a-烯烴的磺化產物與萘反應制得。
背景技術：
隨著我國經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提高，我國的石油消費量 急劇增加，需要大量進口石油來滿足國內需求。2007年我國進口石油近2億噸， 石油對外依存度突破50%。另一方面，我國仍擁有巨大的石油儲量，問題在于 相當部分的儲量用常規方法難以采出。
通常用常規的一采(自噴)和二采(注水驅)方法僅能采出地下石油儲量的 40%左右。剩下的殘余油被圈捕在多孔巖石的孔隙中，由于毛細作用在常規注水 壓力下難以流出。為了開采出這些殘余油，需要采用新的技術，即三次采油技 術。
理論上如果注入表面活性劑水溶液使原油/水界面張力降至10—3 mN/m數量 級，則在常規注水壓力下就能使被圈捕的油滴從多孔介質中流出。這就是所謂 的超低界面張力驅油，是表面活性劑驅油的主要機理。
在過去的一、二十年中，國內外廣泛開展了堿-表面活性劑-聚合物三元復合 驅研究。結果表明，三元復合驅能將原油/地層水界面張力降至l(T3 mN/m數量 級，在水驅基礎上提高采收率15%~20%，是一種有效的三次采油方法。然而近 年來的一些礦場試驗表明，強堿(NaOH)的使用將帶來一系列的副作用，其中最 主要的是堿可能通過與巖石或地層水中的礦物質反應，生成不溶性物質，導致 油井結垢和毛細通道堵塞，破壞地層的多孔性結構，嚴重的可能導致油井報廢。 為了克服使用NaOH導致的副作用，研究人員試圖開發新的表面活性劑，在無 堿條件下能使原油/水界面張力降至超低。然而新型無堿驅油用表面活性劑的成 本一般相對較高，因此開發弱堿三元復合驅用表面活性劑，即以弱堿如碳酸鈉、 磷酸鈉、硅酸鈉等代替NaOH，也受到人們的重視。
用于三元復合驅的常用廉價表面活性劑，如石油磺酸鹽、重烷基苯磺酸鹽、 石油羧酸鹽、天然羧酸鹽、木質素磺酸鹽等，在無堿條件下一般不能獲得超低 界面張力。雖然在弱堿條件下有可能獲得超低界面張力，但它們普遍成分復雜， 并含有部分結構不明的成分，生產過程中質量和性能的控制相對較為困難，重 現性往往不夠好。另一方面，分子結構明確的常用表面活性劑由于親油性不足 而不適合用作驅油劑。為此開發分子結構明確、具有足夠親油性的表面活性劑
3對無堿和弱堿驅油劑的開發就顯得尤為重要了 。
發明內容
本發明的目的是提出一種萘取代a-烯烴磺酸鹽陰離子表面活性劑，即在a-烯烴磺酸鹽的垸基鏈上接上一個萘基，使其親油性顯著提高。該表面活性劑具 有明確的分子結構。
本發明的技術方案 一種萘取代a-烯烴磺酸鹽表面活性劑，該表面活性劑 由a-烯烴的磺化產物與萘反應，生成萘取代a-烯烴磺酸，再用NaOH中和得到， 是一種陰離子型表面活性劑，a-烯烴磺化產物與萘的反應式及萘取代a-烯烴磺 酸的結構式為
RjCH二CH(ch2)nSO;jH +
RiCH—ch2(ch2)nS03H
,CH2——CH2
R2CH
0-
+
o2
R2CH——CH2——CH2——S03H
,CH廠ch2 R3CH 》H2
\q——so2
+
R3CH——CH2—CH2—CH2——S03H
其中R,， R2， R3為長鏈烷基，各垸基中的碳原子總數為12 18; 中和后得到萘取代a-烯烴磺酸鹽表面活性劑。
所述的表面活性劑，原料a-烯烴磺化產物碳鏈中碳原子數為C12 C18，尤以 (:14-(:16為最佳。a-烯烴磺化產物為a-烯烴經SOJ莫式磺化后得到的中間產物(未 經中和及水解)。
所述的表面活性劑的制備方法，用萘與a-烯烴的磺化產物進行反應，生成 萘取代a-烯烴磺酸，再用NaOH中和得到。萘與a-烯烴磺化產物的摩爾比為 (1.0 1.3):1，反應溫度140~190。C，反應時間5~8小時，轉化率80% 90%。經紅 外、紫外和質譜分析鑒定，證明產品具有上式所示的分子結構。
所述的表面活性劑的應用，通過將其與其它表面活性劑復配使用，用作弱 堿三元復合驅油劑，其中萘取代a-烯烴磺酸鹽的摩爾分數為0.40~0.80，在復合 驅油劑中總表面活性劑質量濃度為0.1%~0.5%、加聚丙烯酰胺濃度1000mg/L， 加入堿性鹽Na2CQ3 1.0%~2.0%， 45。C、不加NaOH，能使大慶原油/地層水界面張力降至1(^mN/m數量級，適用于弱堿三元復合驅提高石油采收率。
性能特征將純化后的產品溶于超純水，測定表面張力和臨界膠束濃度， 結果表明萘取代a-烯烴磺酸鹽的臨界膠束濃度比相應的ot-烯烴磺酸鹽降低了兩 個數量級，即從10—Smol/L數量級下降到l(^mol/L數量級，表明其親油性顯著 增加。萘取代a-烯烴磺酸鹽保持了a-烯烴磺酸鹽的分子結構，即磺酸基連在烷 基鏈上，而不是連在萘環上，因而類似于a-烯烴磺酸鹽，具有優良的耐鹽/抗硬 水性。在室溫(20。C)下以10mM濃度溶于《300ppm的CaCl2水溶液中，得到透 明澄清溶液，無沉淀形成；溶于400 ppm CaCl2水溶液中，得到基本透明的溶液， 無沉淀析出；溶于500 ppm CaCl2溶液中，溶液變渾濁但無肉眼可見的沉淀析出。 應用方式鑒于萘取代a-烯烴磺酸鹽具有良好的油溶性，因而適合用作驅 油劑。將其與其它表面活性劑復配，溶于油田地層水，表面活性劑總濃度(質量 分數)0.1% 0.5%,聚合物(聚丙烯酰胺)濃度1000 ppm，加入堿性鹽如Na2C03 1.0%~2.0%，可以使原油/地層水界面張力降到1(^mN/m數量級。
本發明的有益效果由于在a-烯烴磺化產物的垸基鏈中引入了萘基，使得 表面活性劑分子的親油性大大增加，臨界膠束濃度顯著減小。由于保持了a-烯 烴磺酸鹽的結構特征，即磺酸基團連在垸基鏈上而不是連在芳環上，產品具備 優良的耐鹽/抗硬水特性。通過與其它表面活性劑復配，并加入適量堿性鹽，在 45°C、總活性物濃度(質量分數)0.1%~0.5%條件下，可以使大慶原油/地層水界面 張力降低至1(^mN/m數量級，適用于弱堿三元復合驅提高石油采收率。
圖1合成產品萘取代a-烯烴磺酸鹽的質譜圖。圖中荷/質比403.2和431.2 分別對應于目標產物萘取代C14 ot-烯烴磺酸鹽和萘取代C16 a-烯烴磺酸鹽。 圖2純化萘取代oc-烯烴磺酸鹽的紅外吸收光譜。
圖3純化萘取代a-烯烴磺酸鹽(上)及相應的ot-烯烴磺酸鹽(下)的紫外吸收光譜。
圖4萘取代a-烯烴磺酸鹽(N-AOS)和相應的a-烯烴磺酸鹽(AOS) 的表面張力隨濃度的變化。
圖5原油/地層水界面張力隨平衡時間的變化。測定條件大慶四廠原油和 地層水，45°C，表面活性劑總濃度(質量分數)0.5%，混合表面活性劑中萘取代 a-烯烴磺酸鹽摩爾分數0.6， Na2C03濃度1.5%。
圖6原油/地層水界面張力隨平衡時間的變化。測定條件大慶四廠原油和 地層水，45°C，表面活性劑總濃度(質量分數)0.2%，混合表面活性劑中萘取代 a-烯烴磺酸鹽摩爾分數0.6， Na2C(V濃度1.5°/。。
具體實施例方式
實施例1萘取代oc-烯烴磺酸鹽的制備用a-烯烴的磺化產物與萘反應。a-烯烴磺化 產物來自中輕物產化工有限公司，碳鏈長度為C14-C16。萘與a-烯烴磺化產物的 摩爾比為1.1:1，反應溫度150°C，反應時間6小時，轉化率達到85%。用NaOH 中和得到萘取代a-烯烴磺酸鹽。經升華除去未反應萘、萃取分離除去未反應磺 內酯，作質譜分析(負電荷模式)，結果如圖l所示，其中荷/質比分別為403.2 和431.2的兩個物質即為目標產物萘取代d4和d6 a-烯烴磺酸鹽。經進一步 用柱色譜純化，可得到純度》99%的純化產物。圖2是純化產物的紅外光譜。圖 3是純化產物的紫外吸收圖譜，可見有明顯的萘環吸收，而相應的a-烯烴磺酸鹽 無萘環吸收。
實施例2
萘取代a-烯烴磺酸鹽的特征性能將純化產物溶于超純水，測定不同濃度 下的表面張力(，LogC曲線)，結果如圖4所示。從圖4可見，與相應的a-烯烴磺 酸鹽相比，臨界膠束濃度(cmc)從lxl(^mol/L下降到lxl(T5mol/L，即下降了兩 個數量級，表明產物的親油性確有顯著增加。
將萘取代a-烯烴磺酸鹽于室溫(20。C)下溶于CaCl2水溶液，萘取代a-烯烴磺 酸鹽的濃度為0.01mol/L(10mM)。當CaCl2濃度《300 mg/L(ppm)時，得到透明 澄清溶液，無沉淀析出；當CaCl2濃度達到400ppm時，得到基本透明的溶液， 無沉淀析出；當CaCl2濃度達到500 ppm時，溶液變渾濁，但無肉眼可見的沉 淀析出。與之相對照，分子量類似的重烷基苯磺酸鹽溶于100ppmCaCl2水溶液 中，即有肉眼可見的沉淀析出。因此，萘取代a-烯烴磺酸鹽具有優良的耐鹽/抗 硬水性。
實施例3
萘取代a-烯烴磺酸鹽的應用用制備的萘取代a-烯烴磺酸鹽與磺酸鹽型陰 離子復配，其中萘取代oc-烯烴磺酸鹽摩爾分數為0.6。將混合表面活性劑溶于含 有1000ppm聚丙烯酰胺的大慶地層水中，總表面活性劑濃度(質量分數)為0.5°/。， 加入弱堿Na2C03，質量濃度為1.5%，在45。C下測定與大慶原油的界面張力， 平衡界面張力能降到1(^mN/m數量級，如圖5所示。
用制備的萘取代a-烯烴磺酸鹽與磺酸鹽型陰離子復配，其中萘取代a-烯烴 磺酸鹽摩爾分數為0.6。將混合表面活性劑溶于含有1000 ppm聚丙烯酰胺的大 慶地層水中，總表面活性劑濃度(質量分數)為0.2%，加入弱堿Na2C03，質量濃 度為1.5%，在45°C下測定與大慶原油的界面張力，平衡界面張力能降到10—3 mN/m數量級，如圖6所示。
權利要求
1、一種萘取代α-烯烴磺酸鹽表面活性劑，其特征是該表面活性劑由α-烯烴的磺化產物與萘反應并中和得到，是一種陰離子型表面活性劑，α-烯烴磺化產物與萘的反應式及萘取代α-烯烴磺酸的結構為其中R1，R2，R3為長鏈烷基，各烷基中的碳原子總數為12～18；中和后得到萘取代α-烯烴磺酸鹽表面活性劑。
2、 根據權利要求1所述的表面活性劑，其特征是原料a-烯烴磺化產物碳鏈中碳原子數為C12~C18。
3、 權利要求1所述的表面活性劑的制備方法，其特征是用萘與oc-烯烴的磺化產物進行反應，并經中和得到；萘與a-烯烴磺化產物的摩爾比為(1.0 1.3):l，反應溫度140 190°C，反應時間5 8小時，轉化率80% 90°/0。
4、 權利要求l所述的表面活性劑的應用，其特征是通過將其與其它表面活性劑復配使用，用作弱堿三元復合驅油劑，其中萘取代a-烯烴磺酸鹽的摩爾分數為0.40 0.80，在復合驅油劑中總表面活性劑質量濃度為0.1%~0.5%、加聚丙烯酰胺濃度1000 mg/L，加入堿性鹽Na2C03 1.0°/0~2.0%， 45°C、不加NaOH，能使大慶原油/地層水界面張力降至l(T3 mN/m數量級，適用于弱堿三元復合驅提高石油采收率。
全文摘要
一種萘取代α-烯烴磺酸鹽表面活性劑及其制備和應用，屬于膠體與界面化學領域。本發明通過用α-烯烴的磺化產物與萘反應并中和，制備了一種新型萘取代α-烯烴磺酸鹽，是一種陰離子型表面活性劑。由于在α-烯烴磺化產物的烷基鏈中引入萘基，使得表面活性劑的親油性大幅度增加，臨界膠束濃度顯著減小。與烷基苯磺酸鹽系列相比，萘取代α-烯烴磺酸鹽由于磺酸基團連在烷基鏈上，保持了α-烯烴磺酸鹽的優良耐鹽/抗硬水能力，因而適合用作驅油劑。通過與其它表面活性劑復配，并加入適量弱堿(Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>)，在45℃、總活性物濃度(質量分數)0.1％～0.5％條件下，萘取代α-烯烴磺酸鹽可以使大慶原油/地層水界面張力降至10<sup>-3</sup>mN/m數量級，適用于弱堿三元復合驅提高石油采收率。
文檔編號B01F17/12GK101549264SQ20091003047
公開日2009年10月7日 申請日期2009年4月13日 優先權日2009年4月13日
發明者崔正剛, 湯佳慶, 峰 王, 蔣建中 申請人:江南大學