一種烷基糖苷磺酸鹽表面活性劑及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于C02泡沫驅(qū)體系的表面活性劑烷基糖苷磺酸鹽，屬于三次采 油領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 二氧化碳泡沫驅(qū)與空氣、氮氣泡沫驅(qū)的區(qū)別在于二氧化碳泡沫驅(qū)能夠形成混相 驅(qū)、膨脹原油、降低原油的粘度、密度，這主要是由于二氧化碳在原油和水中的溶解度要比 空氣和氮氣大得多，溶解后的溶液呈酸性；目前，國內(nèi)外對于co2泡沫配方體系的研究主要 是針對現(xiàn)有起泡用表面活性劑的篩選；在高礦化度尤其是高濃度二價鹽和酸性條件下，表 面活性劑的泡沫穩(wěn)定性均不盡人意。
[0003] 烷基糖苷（APG)是由葡萄糖的半縮醛羥基和脂肪醇羥基，在酸性催化劑作用下失 去一分子水而得到的混合產(chǎn)物，又稱烷基多苷，其生產(chǎn)原料全部來自于天然可再生資源，除 了具有生物降解迅速徹底，無毒、無刺激性的特點外，還具有發(fā)泡性、潤濕性好，表面張力 低，與其他表面活性劑配伍性好，協(xié)同效應(yīng)佳等優(yōu)點，被稱為"綠色表面活性劑"，但是烷基 糖苷在高礦化度下溶解性差，隨著烷基鏈長的增加，其水溶性會逐漸降低。
[0004] 文獻"烷基多苷乙基磺酸鈉的合成及其性能復(fù)配"（日用化學工業(yè)，2011，41(1)) 以烷基多苷為原料，氯乙基磺酸鈉為磺化劑，合成了烷基多苷乙基磺酸鈉。但是原料烷基多 苷購買后要做除水處理，反應(yīng)體系為兩相，因此操作復(fù)雜，反應(yīng)產(chǎn)率低。
[0005] CN1309799C公開了制備一種含改性烷基糖苷的改性助劑作為低起泡性的鉆井液， 將烷基糖苷在角鯊?fù)橹蟹稚⒕鶆蚝螅尤氪呋瘎┖婉R來酸酐在100-120°C下反應(yīng)1-2小時， 得到烷基糖苷磺基琥珀酸單酯鹽，但是反應(yīng)所用烷基糖苷為不含水的純晶烷基糖苷，而工 業(yè)生產(chǎn)的烷基糖苷都含有水，反應(yīng)前需要脫水處理，成本高。
[0006] 因此，提供一種新的表面活性劑成為本領(lǐng)域亟待解決的問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種烷基糖苷磺酸鹽表面活性劑，該表 面活性劑能夠克服烷基糖苷水溶性、抗硬水能力差等問題，在高礦化度尤其是高濃度二價 鹽和酸性條件下，具有良好的泡沫穩(wěn)定性。
[0008] 為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種烷基糖苷磺酸鹽表面活性劑，其具有式I所 示的結(jié)構(gòu)：
[0009]
[0010] 其中，R為直鏈或支鏈烷基；η為平均聚合度，其數(shù)值為1-2 ;M為Na或K。
[0011] 工業(yè)用烷基糖苷是由聚合度為1和2的烷基糖苷的混合而成的，故其平均聚合度 為 1_2〇
[0012] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案在烷基糖苷上引入了磺酸基，由于磺酸基的電荷密度大、 水化能力強，對外界陽離子的進攻不敏感，使得烷基糖苷磺酸鹽與烷基糖苷相比，一方面水 溶性有了大幅度提高，另一方面耐溫性、耐鹽性也有了大幅改善。
[0013] 在上述烷基糖苷磺酸鹽表面活性劑中，優(yōu)選地，所述R為C6-C14的直鏈或支鏈烷 基；當烷基碳數(shù)〈6時，烷基糖苷磺酸鹽不具有發(fā)泡性能；而當烷基碳數(shù)>14時，烷基糖苷磺 酸鹽不僅溶解度較差，且發(fā)泡性能弱，不能作為發(fā)泡劑使用，只有采用本發(fā)明技術(shù)方案中的 烷基碳數(shù)，才能夠使烷基糖苷磺酸鹽的溶解度和發(fā)泡性均達到最好。
[0014] 在上述烷基糖苷磺酸鹽表面活性劑中，優(yōu)選地，所述Μ為Na。
[0015] 本發(fā)明還提供了一種制備上述烷基糖苷磺酸鹽表面活性劑的方法，其包括以下步 驟：
[0016]步驟一、將烷基糖苷置于包含水和醇的混合溶劑中，然后向其中加入堿性物質(zhì)進 行堿化反應(yīng)，得到中間體系；
[0017] 步驟二、向上述中間體系中加入3-氯-2-羥基丙磺酸鈉或3-氯-2-羥基丙磺酸 鉀進行醚化反應(yīng)，得到烷基糖苷磺酸鹽表面活性劑。
[0018] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案，反應(yīng)前無需對烷基糖苷進行脫水，操作簡單，只需兩步反 應(yīng)即可制取烷基糖苷磺酸鹽；與此同時，本發(fā)明提供的技術(shù)方案采用水和醇的混合溶液作 為反應(yīng)的溶劑，能夠使體系中的氫氧化鈉和3-氯-2-羥基丙磺酸鹽溶解，提高反應(yīng)的產(chǎn)率。
[0019] 在上述方法中，步驟一中的堿性物質(zhì)能夠使烷基糖苷上的羥基活化從而形成活性 更大的醇鹽形式。
[0020] 在上述方法中，優(yōu)選地，所述堿性物質(zhì)包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉或碳酸氫 鈉。
[0021] 在上述方法中，優(yōu)選地，所述溶劑包括水和醇；更優(yōu)選地，所述水和醇的體積比為 (0. 05-0. 3) :1 ;當水和醇的體積比小于0. 05時（即水的含量少），此時體系中的氫氧化鈉 和3-氯-2-羥基丙磺酸鹽不能完全溶解，體系為兩相反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率將會變低；當水和醇的體 積比大于0. 3時（即水的含量多），此時3-氯-2-羥基丙磺酸鹽容易發(fā)生水解，轉(zhuǎn)化率同樣 會變低，只有采用本發(fā)明技術(shù)方案中的水醇體積比值，才能夠避免上述問題的產(chǎn)生，獲得最 高的轉(zhuǎn)化率；進一步優(yōu)選地，所述水和醇的體積比為（0.08-0.25) :1;更進一步優(yōu)選地，所 述醇包括甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇中一種。
[0022] 在上述方法中，優(yōu)選地，在步驟一中，進行堿化反應(yīng)時，反應(yīng)溫度為45-65Γ，反應(yīng) 時間為〇. 5-2h。
[0023] 在上述方法中，優(yōu)選地，在步驟二中，進行醚化反應(yīng)時，反應(yīng)溫度為45-85Γ，反應(yīng) 時間為3-9h。
[0024] 本發(fā)明還提供了上述烷基糖苷磺酸鹽表面活性劑在二氧化碳泡沫驅(qū)體系中的應(yīng) 用。
[0025] 在上述應(yīng)用中，優(yōu)選地，所述烷基糖苷磺酸鹽在二氧化碳泡沫驅(qū)體系中的質(zhì)量百 分比濃度為0. 1% -0. 8% ;更優(yōu)選地，烷基糖苷磺酸鹽表面活性劑在應(yīng)用時，地層的溫度為 0-150°C，地層水的礦化度彡100000mg/L。
[0026] 本發(fā)明的有益效果：
[0027] 本發(fā)明提供的烷基糖苷磺酸鹽的制備只需兩步反應(yīng)即可完成，合成工藝簡單，產(chǎn) 率高；反應(yīng)中間體及產(chǎn)物無需復(fù)雜的處理工藝，反應(yīng)無需除水，易于工業(yè)化放大生產(chǎn)；且與 烷基糖苷相比，烷基糖苷磺酸鹽的水溶性和耐鹽性大大增加，在高礦化度尤其是高濃度二 價鹽和酸性條件下，具有良好的泡沫穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0028]圖1為實施例1提供的癸基葡萄糖苷磺酸鈉的ESI-MS譜圖；
[0029]圖2為實施例1提供的癸基葡萄糖苷磺酸鈉的紅外譜圖；
[0030] 圖3為實施例1提供的癸基葡萄糖苷磺酸鈉的發(fā)泡能力及泡沫穩(wěn)定性與其濃度之 間的關(guān)系曲線圖；
[0031]圖4為實施例1提供的癸基葡萄糖苷磺酸鈉與癸基葡萄糖苷的抗二價鹽性能對比 圖；
[0032]圖5為實施例1提供的癸基葡萄糖苷磺酸鈉與癸基葡萄糖苷的抗吸附能力對比 圖。
【具體實施方式】
[0033] 為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對本發(fā)明的技 術(shù)方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發(fā)明的可實施范圍的限定。
[0034] 實施例1
[0035] 本實施例提供了一種烷基糖苷磺酸鹽表面活性劑的制備方法，其包括以下步驟：
[0036] 將16g(0. 05mol)癸基葡萄糖苷溶于4mL水和25mL異丙醇的混合溶劑中，在50°C 條件下加入2. 8g(0. 07mol)氫氧化鈉，堿化1小時后，加入13. 76g3-氯-2-羥基丙磺酸鈉， 在70°C條件下恒溫反應(yīng)5小時，得到癸基葡萄糖苷磺酸鈉，將所得產(chǎn)物分離提純，計算得到 產(chǎn)率為40. 8%。
[0037] 對得到的產(chǎn)物進行結(jié)構(gòu)分析，從ESI-MS譜圖（圖1)中可以看出，457. 3m/z峰是聚 合度為1，烷基數(shù)為10的癸基葡萄糖苷磺酸鹽的離子峰（M-H+);從紅外光譜圖（圖2)中可 以看出3385cm1附近的峰為0-H伸縮振動峰，2934. 8cm1為-〇13的伸縮振動峰，1474. 5cm1 為_〇13的彎曲振動峰，2676. 9cm1為-〇12的伸縮振動峰，1188. 6cm1和1170. 4cm1為C-0的 伸縮