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    Guerbet醇烷氧基化物表面活性劑及其在提高油采收率應(yīng)用中的用途制造技術(shù)

    技術(shù)編號:8493567 閱讀:201 留言:0更新日期:2013-03-29 05:17
    在本文中描述了陰離子型表面活性劑的組合物和合成方法,所述的陰離子型表面活性劑的制備是通過將具有12到36個(gè)碳原子的Guerbet醇(GA)使用環(huán)氧丁烷,以及任選地環(huán)氧丙烷和/或環(huán)氧乙烷烷氧基化,隨后并入末端陰離子基團(tuán)來進(jìn)行的。本發(fā)明專利技術(shù)的GA是通過容易的和不昂貴的方法制備的,所述的方法包括具有6到18個(gè)碳原子的醇的高溫堿催化二聚。本發(fā)明專利技術(shù)的大的疏水醚表面活性劑在提高油采收率(EOR)應(yīng)用中是有用的,其中其用于將油增溶和固定,并且其用于環(huán)境清潔。此外,沒有陰離子末端基團(tuán)的疏水烷氧基化的GA可以用作超高分子量的非離子型表面活性劑。

    【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
    【國外來華專利技術(shù)】
    本專利技術(shù)總地來說涉及油采收領(lǐng)域,并且更具體地,涉及將Guerbet醇(GA)類型的長鏈分枝疏水醇轉(zhuǎn)化成陰離子型表面活性劑的方法,以及將按照此方法生產(chǎn)的組合物用于提高油采收率(EOR)應(yīng)用中的方法。
    技術(shù)介紹
    在不限制本專利技術(shù)的范圍的前提下,將其背景結(jié)合Guerbet醇的制備方法及其在油采收應(yīng)用中,尤其是在提高油采收率(EOR)中的用途進(jìn)行描述。在天然礦物油沉積中,礦物油存在于多孔儲積巖(porous reservoir rocks)的腔中,所述的腔被不滲透性蓋層從地球表面隔絕。所述的腔可以是非常細(xì)微的腔、毛細(xì)管、孔等等。細(xì)微的孔徑可以具有,例如,僅有約Iym的直徑。除了礦物油之外,包括部分的天然氣,沉積物包含高鹽含量或者低鹽含量的水。在礦物油生產(chǎn)中,在第一級、第二級和第三級生產(chǎn)之間進(jìn)行分配。在第一級生產(chǎn)中,在鉆孔到沉積物后,礦物油自己在沉積物自身的壓力下從井流到地表。在第一級生產(chǎn)之后,進(jìn)而使用第二級生產(chǎn)。在第二級生產(chǎn)中,除了用作生產(chǎn)礦物油的井,所謂的生產(chǎn)井之外,向攜帶礦物油的地層中鉆探另外的井。將水從這些所謂的注入井中推過進(jìn)入沉積物中,從而保持壓力或者使壓力再次提高。通過推入水,地層中礦物油被緩慢地推動通過地層中的腔,從注入井開始向生產(chǎn)井的方向。然而,該功能僅在腔完全被油充滿時(shí)起效,并且更粘的油在水之前被推出。當(dāng)?shù)兔芏鹊乃黄魄粫r(shí),其從此時(shí)開始沿著最小阻力流動,即沿著形成的通道流動,并且不再在其前方推動油。作為規(guī)律,存在于沉積物中的礦物油只有約30%到35%的量可以通過第一級生產(chǎn)和第二級生產(chǎn)的方式提取。已知可以通過第三級油生產(chǎn)的措施來進(jìn)一步提高礦物油產(chǎn)量(也稱作提高油采收率,E0R)。可以在例如,Journal of Petroleum Science and Engineeringl9 (1998) 265-280中找到第三級油生產(chǎn)的綜述。第三級油生產(chǎn)包括了將熱水或者過熱蒸汽推進(jìn)到沉積物中的熱力過程。其結(jié)果是油的粘度被降低。也可以使用氣體,例如CO2和氮?dú)庾鳛轵?qū)替介質(zhì)。第三級油生產(chǎn)進(jìn)一步地包括將合適的化學(xué)品用作油生產(chǎn)輔助劑的過程。水驅(qū)替結(jié)束的情況可以被這些過程影響,并且到此時(shí)為止巖石地層中所保持的礦物油也可以借此進(jìn)行提取。例如,在礦物油和水相之間的界面張力O可以通過加入合適的表面活性劑來降低。該技術(shù)也稱作“表面活性劑驅(qū)替”。尤其地,可以將σ降低到〈10-2mN/m (超低界面張力)值的表面活性劑適用于此目的。以此方式,油滴能夠改變它們的形狀,并且油滴可以被驅(qū)替水推動通過毛細(xì)開口。隨后油滴可以結(jié)合形成連續(xù)的油層。這具有兩個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)首先,當(dāng)連續(xù)的油層沿著新的多孔巖石前進(jìn)時(shí),存在于多孔巖石的油滴可以與層合并(coalesce)。此外,通過油滴結(jié)合形成油層,油-水界面被大量地減少,并且不再需要的表面活性劑因此被釋放。所釋放的表面活性劑可以隨后固定存留在地層中的油滴。對于第三級油生產(chǎn)而言,對表面活性劑的需求與在其他應(yīng)用中對表面活性劑的需求有很大不同對于第三級礦物油生產(chǎn)而言適合的表面活性劑應(yīng)當(dāng)使水和油之間的界面張力(一般地為約20mN/m)降低到尤其低的,少于10_2nM/m的數(shù)值,從而允許礦物油能夠充分地固定。這必須在通常約15°C到約130°C的沉積物溫度下,以及在高鹽含量,尤其地還在高比例的鈣和/或鎂離子的水存在下進(jìn)行;因此所述的表面活性劑還必須在具有高鹽含量的蓄水中是可溶的。頒發(fā)給Prukop的第5,092, 405號美國專利(1992)公開了一種從地下蓄水池中通·過表面活性劑驅(qū)替來采收重油的方法,該方法包括將含水的表面活性劑溶液通過注入井注入到含有具有平均API比重度低于約20°的重油,以及蓄水池溫度高于約65. 6 °F的地下蓄水池中,所述的含水表面活性劑溶液包含按重量計(jì)約O. 1%到約5%的烷氧基化非離子型或離子型表面活性劑。根據(jù)Prukop專利,烷氧基化的表面活性劑必須具有充足的由環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷組成的環(huán)氧烷基團(tuán)從而具有高于約37. 8 °F并低于蓄水池溫度的濁點(diǎn)和在其濁點(diǎn)以下的溫度下要注入的表面活性劑溶液中是水溶性的,并且具有足夠大的疏水性從而在等于或者高于蓄水池溫度下在蓄水池的重油中是可溶的。頒發(fā)給O’ Lenick等人的第7,119,125號美國專利(2006)涉及通過將烷氧基化的粗C12到C4tl的Guerbet醇混合物硫酸鹽化來制備的特定組合物,所述的組合物包含15%到50%的低分子量烷氧基化的醇。所述的多烷氧基基團(tuán)包含環(huán)氧乙烷和/或環(huán)氧丙烷的單元。根據(jù)’125專利,低分子量的醇是用于制備Guerbet的原材料醇。從這一特殊雙態(tài)分布(b1-modal distribution)制備的硫酸化組合物具有獨(dú)特的乳化性能,并且當(dāng)用于井內(nèi)的應(yīng)用時(shí),經(jīng)歷最少的層析分離。建議將此混合物用于提高油采收率。然而由于在蓄水池中低的剪切力,原油的乳化是困難的。第20080217064號美國專利申請(Stoian和Smith, 2008)公開了一種鉆井液(drilling fluid),所述的鉆井液包含包含分枝醇乙氧基化物和封端的醇乙氧基化物中的至少一種的非離子型表面活性劑,洗漆助劑(detergent builder)和增粘劑。所述的非離子型表面活性劑包括基于Cltl-Guerbet醇和環(huán)氧乙烷的烷基聚乙二醇醚。第20090270281號美國專利申請(Steinbrenner等人,2009)描述了表面活性劑混合物用作第三級礦物油提取的用途,所述的表面活性劑混合物包含至少一種具有由12到30個(gè)碳原子構(gòu)成的烴基的表面活性劑,和至少一種具有由6到11個(gè)碳原子構(gòu)成的分枝烴基的助表面活性劑。根據(jù)Steinbrenner專利技術(shù),表面活性劑(A)用于具有至少一種助表面活性劑(B)的混合物中,所述的助表面活性劑具有R2-O-(R3-O)n-R4的通式,其中的R2、R3和R4基團(tuán)和數(shù)量η各自定義如下η為2到20,R2是具有6到11個(gè)碳原子且平均枝化度為I到2. 5的分枝烴基,R3各個(gè)獨(dú)立地為亞乙基基團(tuán)或亞丙基基團(tuán),附加條件是所述的亞乙基和亞丙基基團(tuán)一當(dāng)兩種基團(tuán)都存在時(shí)一可以隨機(jī)地、交替地或者嵌段結(jié)構(gòu)地分布,R4是氫或者選自以下的基團(tuán)-S03H、-PO3H2、-R5-C00H、-R5-S03H、-R5-PO3H2或者其鹽,其中R5是具有I到4個(gè)碳原子的二價(jià)烴基。
    技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
    本專利技術(shù)公開了包含末端陰離子基團(tuán)和聚醚基團(tuán)兩者的表面活性劑的組合物、合成方法和應(yīng)用。在本文中所描述的表面活性劑是通過容易和不昂貴的方法從長鏈的分枝疏水醇制備的,所述的疏水醇具有Guerbet醇(GA)結(jié)構(gòu)。所述的GA通過添加聚環(huán)氧丁烷基團(tuán)(B0)、聚環(huán)氧丙烷基團(tuán)(PO)和/或聚環(huán)氧乙烷基團(tuán)(EO)進(jìn)行烷氧基化,隨后添加陰離子基團(tuán)(例如硫酸根基團(tuán))來產(chǎn)生本專利技術(shù)的陰離子醚表面活性劑。在一個(gè)實(shí)施方案中,本專利技術(shù)提供了陰離子醚表面活性劑,所述的陰離子醚表面活性劑包含分枝的疏水基團(tuán),所述疏水基團(tuán)得自具有一個(gè)或多個(gè)聚丁氧基基團(tuán)(B0)、聚丙氧基基團(tuán)(PO)和/或聚乙氧基基團(tuán)(EO)的Guerbet醇(GA)和陰離子基團(tuán)式(I),R1O-BOx-POy-EOz-X-YraZbMb+ (I),其中R1對應(yīng)于得自Guerbet醇(GA)的脂肪族、分枝的烴基CnH2n本文檔來自技高網(wǎng)
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    【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

    【技術(shù)特征摘要】
    【國外來華專利技術(shù)】2010.04.16 US 61/325,015;2011.04.12 US 13/085,2481.通式(I)的陰離子醚表面活性劑 R1O-BOx-POy-EOz-X-YtaZbMb+ (I), 其中R1對應(yīng)于得自Guerbet醇(GA)的脂肪族、分枝烴基CnH2lri ; 其中η對應(yīng)于碳原子數(shù)并且為12到36 ; 其中BO對應(yīng)于丁氧基基團(tuán); 其中X對應(yīng)于丁氧基基團(tuán)數(shù)并且為2到25 ; 其中PO對應(yīng)于丙氧基基團(tuán); 其中I對應(yīng)于丙氧基基團(tuán)數(shù)并且為O到25 ; 其中EO對應(yīng)于乙氧基基團(tuán); 其中ζ對應(yīng)于乙氧基基團(tuán)數(shù)并且為O到70 ; 其中X選自單鍵、具有I到10個(gè)碳原子的亞烷基基團(tuán)或者具有2到10個(gè)碳原子的亞稀基基團(tuán); 其中Y是陰離子基團(tuán),所述陰離子基團(tuán)選自硫酸根基團(tuán)(sulfate groups)、磺酸根基團(tuán)(sulfonate groups)、羧酸根基團(tuán)(carboxylate groups)、憐酸根基團(tuán)(phosphategroups)或膦酸根基團(tuán)(phosphonate groups); 其中M是該陰離子基團(tuán)的反離子; 其中a對應(yīng)于I或者2的數(shù)值; 其中b對應(yīng)于I到3的數(shù)值。2.權(quán)利要求1所述的表面活性劑,其中M選自H+、Na+、K+、Mg+、Ca2+和NH4'3.權(quán)利要求1所述的表面活性劑,其中η是12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35 和 36。4.權(quán)利要求1所述的表面活性劑,其中乂是2、3、4、8、12、16、20、22、23、24和25。5.權(quán)利要求1所述的表面活性劑,其中y是0、2、4、6、8、11、14、17、21和25。6.權(quán)利要求1所述的表面活性劑,其中z是0、6、8、10、12、16、20、24、32、40、48、53、57、59、62、66 和 70。7.權(quán)利要求1所述的表面活性劑,其中y+z的總數(shù)為5到105。8.權(quán)利要求1所述的表面活性劑,其中所述的陰離子醚表面活性劑具有式RlO-Bo7-PO7-EO25-SCVlZbMb+,其中 R1 是烴基 C32H65-O9.一種從一種或多種分枝的Guerbet醇(GA)制備通式(I)的陰離子醚表面活性劑的方法R1O-BOx-POy-EOz-X-YtaZbMb+ (I), 所述的方法包括步驟 通過將一種或多種醇R2-OH在堿的存在下于175°C到275°C下二聚來提供一種或多種具有通式R1-OH的Guerbet醇(GA),其中R2-OH是脂肪族的、直鏈或支鏈的醇,并且其中R2中碳原子的數(shù)目是6到18; 使用X個(gè)環(huán)氧丁烷(BO)單元將所述的一種或多種GA進(jìn)行丁氧基化從而形成丁氧基化的GA ; 使用I個(gè)環(huán)氧丙烷(PO)單元和z個(gè)環(huán)氧乙烷(EO)單元或者兩者將所述的一種或多種丁氧基化的GA進(jìn)行烷氧基化;和將由此得到的烷氧基化的GA的末端OH-基團(tuán)轉(zhuǎn)化成末端基團(tuán)-X-Ya_a/bMb+,其中#、Χ、Y、M、n、x、y、z、a、b具有如權(quán)利要求1中所定義的含義。10.權(quán)利要求9 所述的方法,其中 η 是 12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35 和 36。11.權(quán)利要求9所述的方法,其中X是2、3、4、8、12、16、20、22、23、24和25。12.權(quán)利要求9所述的方法,其中y是0、2、4、6、8、11、14、17、21和25。13.權(quán)利要求9 所述的方法,其中 z 是 0、6、8、10、12、16、20、24、32、40、48、53、57、59、62,66和 70。14.權(quán)利要求9所述的方法,其中M選自H+、Na+、K+、Mg+、Ca2+和NH4+。15.權(quán)利要求9所述的方法,其中所述式(I)的陰離子醚表面活性劑具有式RlO-Bo7-PO7-EO25-SCVlZbMb+,其中 R1 是烴基 C32H65-O16.權(quán)利要求9所述的方法,其中在Guerbet反應(yīng)過程中的收率是85%到低于100%,因此得到包含Guerbet醇R1-OH以及剩余部分為單體醇R2-OH的混合物,并且其中由此得到的混合物在Guerbet縮合之后用于烷氧基化。17.權(quán)利要求9所述的方法,其中所述堿包括NaOH或者Κ0Η。18.權(quán)利要求9所述的方法,其中Guerbet反應(yīng)過程中的收率是85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98% 和 99%。19.權(quán)利要求9所述的方法,其中所述GA在接近碳鏈中間點(diǎn)處分枝。20.權(quán)利要求9所述的方法,其中所述Guerbet反應(yīng)在約175°C到275°C的溫度下進(jìn)行。21.權(quán)利要求9所述的方法,其中所述Guerbet反應(yīng)在175°C、190°C、200°C、220°C、230°C、240°C、250°C和 275°C下進(jìn)行。22.權(quán)利要求9所述的方法,其中所述Guerbet反應(yīng)在230°C下進(jìn)行。23.一種用于提高油采收率(E...

    【專利技術(shù)屬性】
    技術(shù)研發(fā)人員:U·P·韋爾拉蘇里亞G·A·波普,C·比特納,G·奧特,J·F·汀斯利C·斯賓德勒,G·A·朱爾金森,S·沃格爾,
    申請(專利權(quán))人:德克薩斯州立大學(xué)董事會,巴斯福股份公司,
    類型:
    國別省市:

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