摘要:目的針對在三元復合驅(qū)中加入無機堿容易結(jié)垢造成儲層堵塞問題，開發(fā)一種有機堿型表面活性劑，替代三元復合驅(qū)中的無機堿與表面活性劑，與聚合物形成新型二元復合驅(qū)。方法以N-牛脂基三胺、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯3-氯-2-羥基丙磺酸鈉為原料，制備了一種新型多胺類甜菜堿表面活性劑(TDMS)。對產(chǎn)物進行紅外、核磁結(jié)構表征，并與月桂酰胺丙基羥磺基甜菜堿(LHSB)、LHSB與不同有機堿形成的復配體系進行了性能對比;對TDMS進行耐溫、耐鹽、Zeta電位性能評價，最終將TDMS與部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)復配形成二元復合驅(qū)油體系，并對該體系的驅(qū)油性能做了評價。

結(jié)果該多胺類有機堿表面活性劑臨界膠束濃度為4.78×10?? mol/L, γ_cmc為33.55 mN/m,可將油水界面張力降至0.016 mN/m,與原油形成的乳狀液穩(wěn)定性較強,80 min后的析水率為40%，可使油濕性巖石接觸角降至41.1°，具有良好的耐溫耐鹽性能，用0.3%(w)TDMS+0.15%(w)HPAM形成的新型有機堿二元復合驅(qū)油體系具有良好的驅(qū)油性能，在水驅(qū)的基礎上提高原油采收率25.7%。結(jié)論該表面活性劑具有良好的乳化性、潤濕性，能降低油水界面張力和更低的臨界膠束濃度。其在聚表二元復合驅(qū)中可有效提高采收率，為傳統(tǒng)三元復合驅(qū)提供新思路。

目前，我國大多數(shù)油田已進入高含水開發(fā)期，為有效提升水驅(qū)開發(fā)后油藏的采收率，以堿-表面活性劑-聚合物(ASP)三元復合驅(qū)為代表的技術已成為三次采油領域的重要研究方向。傳統(tǒng)的無機堿加入到地層中，會與原油中高價陽離子發(fā)生反應堵塞地層，而有機堿由于堿性小，不易與地層中金屬離子發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，會與石油酸發(fā)生化學反應，但與無機堿相比而言差距極小。因此，研究高效新型的有機堿型表面活性劑具有較廣的應用前景。

甜菜堿兩性表面活性劑分子中兩親水基團由陽離子和陰離子組成，該類表面活性劑具有良好的配伍性能和協(xié)同增效作用，多數(shù)是采用與各種有機堿復配的形式使用。目前，針對有機堿類表面活性劑的研究較少。本研究合成一種兼具有機堿和表面活性劑的多胺類甜菜堿表面活性劑，以期在新二元復合驅(qū)中有效提高采收率。

1實驗部分

1.1實驗材料及儀器

實驗材料:N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯、3-氯-2-羥基丙磺酸鈉、氫氧化鈉、無水乙醇、十二烷基酰胺丙基羥丙基磺基甜菜堿(LHSB)、二乙醇胺(DEOA)、聚醚胺 D-2000(PEA)、三乙胺(TEA)、二乙胺(DEA),以上試劑均為分析純，阿拉丁試劑(上海)有限公司;部分水解聚丙烯酰胺，分析純，上海麥克林生化公司;N-牛脂基三胺，南通博雅環(huán)保科技有限公司;去離子水，實驗室自制;油樣為新疆原油，克拉瑪依油田。

實驗儀器:RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，鄭州瑞涵儀器有限公司; dIFT雙通道動態(tài)界面張力儀、Delta-8全自動高通量表面張力儀,芬蘭Kibron公司;KRUSS型光學接觸角測量儀,上海艾飛思精密儀器有限公司;INVENIO型紅外光譜分析儀;AVANCE NEO 600MHz型核磁共振波譜儀，上海善福電子科技有限公司;ZNCL-GS型電恒溫水浴鍋，上海弘懿儀器設備有限公司;多功能巖心實驗驅(qū)替裝置，海安石油科研儀器有限公司。

1.2合成與表征

1.2.1 N-牛脂基三胺與N,N-二甲氨基乙酯的加成反應

將N-牛脂基三胺置于三口燒瓶中，加入適量無水乙醇作為溶劑，攪拌使原料完全溶解。隨后，按照摩爾比1.1:1.0，緩慢滴加N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯至反應體系中。將油浴溫度調(diào)節(jié)至25℃并保持恒定，持續(xù)反應24h。反應完成后，采用減壓蒸餾方法去除體系中的無水乙醇及未反應的N-牛脂基三胺，最終獲得淡黃色蠟狀產(chǎn)物即為中間體。

1.2.2中間體與氯羥基丙磺酸鈉的季銨化反應

向三口燒瓶中依次加入一定量的中間體和無水乙醇，將3-氯-2-羥基丙磺酸鈉和乙醇水溶液(乙醇與水的體積比為3:1)混合溶解，用恒壓滴液漏斗緩慢滴加到三口燒瓶，1h內(nèi)滴加結(jié)束;在80℃下反應8h,用NaOH溶液將體系pH調(diào)節(jié)至9;反應結(jié)束后旋蒸除去乙醇和水，用熱乙醇進行過濾以去除無機鹽雜質(zhì)，隨后通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀脫除乙醇溶劑;利用氯仿溶劑進行重結(jié)晶，最終獲得淡黃色膏狀的多胺型甜菜堿表面活性劑產(chǎn)物，其合成反應式如圖1所示。

1.3結(jié)構表征

1.3.1傅里葉紅外光譜(FT-IR)測試

稱取少量的TDMS,用傅里葉紅外光譜儀測試TDMS表面活性劑的紅外光譜,掃描范圍500~4 000 cm?1,于室溫下進行測定。

1.3.2氫核磁共振波譜(1H NMR)測試

稱取少量的 TDMS,用 CHCl?作溶劑,采用AVANCE NEO 600MHz型核磁共振儀對 TDMS進行 1H NMR表征。

1.4性能測試

1.4.1界面張力測定

分別配制質(zhì)量分數(shù)(下同)為 0.3%的 TDMS溶液和 0.3%的 LHSB+1.0%有機堿溶液,測定不同表面活性劑與原油之間的界面張力值。測量方法如下:室溫下，啟動儀器的恒溫系統(tǒng)，控溫在 (60±0.1)℃之間;將待測試體系的表面活性劑溶液用微型注射器抽出,注滿毛細管(注入毛細管前潤洗 3~4次);注入 0.5 μL煤油(毛細管中不允許有氣泡)快速地把毛細管安裝在芬蘭Kibron dIFT雙通道動態(tài)界面張力儀上,調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 6000 r/min,每隔 10min記錄數(shù)據(jù)。

1.4.2表面張力測定

將不同有機堿與 LHSB表面活性劑復配,測量其臨界膠束濃度,與TDMS表面活性劑進行對比。測量方法:采用吊環(huán)法測定表面活性劑 TDMS的臨界膠束濃度下的表面張力 γ_cmc,每組實驗重復 3次后取均值。將質(zhì)量濃度換算為物質(zhì)的量濃度 C,繪制 γ-lgC關系曲線,通過數(shù)據(jù)擬合確定 TDMS的臨界膠束濃度(CMC)及對應表面張力 γ_cmc。實驗過程依據(jù)SY/T 5370-2018《表面及界面張力測定方法》標準執(zhí)行，使用儀器為芬蘭Kibron公司生產(chǎn)的Delta-8全自動高通量表面張力儀。