Gemini型季铵盐表面活性剂的合成及应用

本文介绍了Gemini型季铵盐表面活性剂的结构,综述了近年来Gemini型季铵盐表面活性剂的合成研究进展及该类表面活性剂的应用情况。     

磺基甜菜碱Gemini表面活性剂的合成与应用性能

为了改善储层的非均质性差异,有效提高碳酸盐储层的酸化解堵效果,以长链烷基二甲基叔胺、3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠和1,4-二溴丁烷为原料,通过两步反应合成了一系列磺基甜菜碱双子表面活性剂（2C _n -SGS,其中n为疏水链中碳原子数,n=12,14,16,18）自转向酸主剂。以2C16-SGS为例,采用FTIR对中间产物（C₁₆-SGS）及2C_16-SGS的结构进行表征。通过表面张力法测定2C _n -SGS的表面活性,结果表明,2C _n -SGS具有良好的表面活性,随着疏水链的增长,2C _n -SGS的CMC和表面张力均减小,且胶束化能力增强。可用于黏弹性表面活性剂自转向酸酸化技术,具有良好的转向分流能力,优选配方为4% 2C₁₆-SGS+20%盐酸+20%Ca²⁺,而且高黏胶束遇煤油等烃类能够自动破胶降黏,易返排对地层无伤害。     

Gemini表面活性剂合成进展

Gemini表面活性剂是一类新型的双亲水基、双疏水基两亲表面活性剂,按照其结构特点,Gemini表面活性剂可分为阳离子、阴离子、非离子以及高分子表面活性剂。介绍了Gemini表面活性剂的研究进展和合成现状。     

酰胺型双子表面活性剂ZK-12的合成与性能研究

以丁二酸、二氯亚砜、对氨基苯磺酸、溴代十二烷等为原料,合成了酰胺型磺酸盐双子表面活性剂ZK-12。采用IR光谱对产物的结构进行了初步鉴定。ZK-12和AEO复配产生了较好的协同效应。该目标产物水溶液的cmc(5.0×10-4 mol/L)是SDBS的1/20,γcmc(22.4 mN/m)比SDBS(41.0 mN/m)低18.6 mN/m。并考察了乙醇对ZK-12表面活性的影响。     

新型连续混配型清洁压裂液体系研究

通过对粘弹性表面活性剂分子结构的分析,筛选出了低温下溶解性能好、易成胶的长链烷基季铵盐表面活性剂VES-1、VES-2,并通过与激活剂(水杨酸钠)、聚合醇等进行配方优化组合,确定了YCQJ-2清洁压裂液稠化剂的配方,同时评价了1.0%～5.0%YCQJ-2清洁压裂液的性能。结果显示,YCQJ-2清洁压裂液稠化剂与清水按照一定比例混合,即可形成粘弹性较好的冻胶,破胶容易,表/界面张力低,对岩心的伤害率低于15.0%,而且可以实现就地连续混配、连续施工,简化了施工程序,节约成本,保护环境。     

新型磺酸基Gemini表面活性剂的合成及其在油气井中的应用性能

以油酸酰胺丙基叔胺、3-氯-2-羟基丙磺酸钠和1,4-二溴丁烷为原料,通过两步反应合成了一种甜菜碱双子表面活性剂B18-4-18,通过傅里叶变换红外光谱仪和核磁共振波谱仪对合成产物进行了结构表征,用表面张力仪测定不同浓度下的双子表面活性剂（B18-4-18）的表面张力,用携液率装置测定了其在清水中、矿化水中、凝析油溶液中、甲醇溶液中的携液率,用罗氏泡高仪测定不同类型表面活性剂的泡沫高度。结果表明：合成产物与预期目标产物结构一致,在25℃时,B18-4-18的临界胶束浓度CMC为5.0×10^-6mol/L,相应的表面张力γ_cmc为31.67mN/m;质量分数为0.5%的B18-4-18在清水、矿化水、凝析油溶液、甲醇溶液中的最高携液率分别可以达到90%、87%、78%、87%;对比不同的表面活性剂的泡沫性能,优选出在泡沫酸中使用最佳的起泡剂为B18-4-18。     

新型Gemini表面活性剂的合成与结构表征

采用乙二胺、乙烯磺酸钠和癸酸等为主要原料,在低温常压下,经过加成、酰化等反应,合成了一种新的Gem in i(双子)表面活性剂——N,N’-双癸酰基乙二胺二乙磺酸钠,以1H NMR和IR进行结构表征,考察了原料的物料比、反应温度、反应时间等工艺条件对产物收率的影响。结果表明,最佳合成条件:以水和丙酮混合溶液作溶剂,中间体与癸酰氯的摩尔比为1∶2.1,反应温度10℃,反应时间5 h。     

一种新型吡啶Gemini表面活性剂的合成及表面活性

以3-氨基吡啶和固体光气为原料,一锅法合成中间体1,3-二(3-吡啶基)脲,然后再与溴代十二烷进行季铵化反应,生成了新型的吡啶阳离子Gemini表面活性剂。通过单因素试验法优化了反应条件,得到较佳工艺条件为:n(3-氨基吡啶)∶n(固体光气)=5∶1,二氯甲烷作反应溶剂,反应5h,得到产率为78%的中间体;n(中间体)∶n(溴代十二烷)=1∶10,110℃反应5 h,得到产率为90%的吡啶Gemini表面活性剂。通过FT-IR,~1H NMR,13C NMR和ESI-MS对所得产物的结构进行了表征,并对其表面活性进行了研究。结果表明,该Gemini表面活性剂的临界胶束浓度(cmc)为1.67×10~(-4)mol/L,γcmc为30.7 m N/m。     

Development of a Stimuli-Responsive Gemini Zwitterionic Viscoelastic Surfactant for Self-Diverting Acid

A Gemini zwitterionic viscoelastic surfactant named self diverting acid - gemini sulfonated surfactant (SDA-GS), which has double quaternary ammonium groups, double sulfonate groups, and two hydrophobic tails, was synthesized from oleylamidopropyl dimethylamine, 1,3-propanesultone, and 2, 2-bis(bromomethyl)propane-1, 3-diol. The viscosity of an SDA-GS aqueous solution varies with acid and calcium chloride concentrations. With a decrease in the HCl concentration, the viscosity of the acid solution prepared with SDA-GS increases to a maximum value, followed by a decrease, which results from the aggregation of the surfactant into wormlike micelles and the following disaggregation. Calcium ions generated by the reaction of acid and calcium carbonate can enhance the aggregation of the surfactant to increase the peak viscosity of the acid solution. The peak viscosity of the acid solution prepared by 5 wt.% SDA-GS without calcium ions could only reach 73.2 mPa.s when the HCl concentration was 4 wt.%, but that of the acid solution with calcium carbonate powder added could reach over 200 mPa.s when the HCl concentration was consumed to 4 wt.% and the calcium chloride concentration 21.6 wt.%. The viscoelastic measurements proved that calcium ions can drive the growth of the wormlike micelle. The acid and Ca²⁺ response of SDA-GS can be applied in self-diverting acid to improve the acid displacement in the heterogeneous reservoir. Experimental evaluation showed that the acid solution prepared by SDA-GS and the selected corrosion inhibitor showed a good corrosion inhibition performance and a viscosity variation that makes it an efficient self-diverting acid. The spent acid (21.6 wt.%) with 4 wt.% HCl retained high viscosity over 80 mPa.s at a 170 s⁻¹ shearing rate and at 120°C after 90 min. The parallel core flood tests to simulate in situ application of SDA-GS acid showed that the permeability improvement ratios (K₁/K₀) of the cores could reach 182.3 and 278.4 at 60 and 90°C, respectively.     

磺酸型Gemini表面活性剂的合成及表面活性

以壬基酚、1,4-二溴丁烷和氯磺酸为主要原料,通过三步反应合成了新型的磺酸型Gemini表面活性剂9BA-4-9BA,讨论了合成反应时间、温度以及催化剂对产物纯度和产率等因素的影响,优化了反应过程。利用核磁共振谱和红外光谱表征了产物结构,并通过DCTA21表面/界面张力仪测试其水溶液中的表面张力。和传统表面活性剂相比,合成的Gemini表面活性剂9BA-4-9BA具有更高的表面活性,其临界胶束浓度和C20分别为6.2×10-4mol/L和1.1×10-5mol/L。     

基于丙二酰胺结构不对称双子表面活性剂的合成及性能

在丙酮溶剂中,氯乙酸十六醇酯（I）与过量的二（3-二甲氨基丙基）丙二酰胺反应,用乙醚洗涤后,再与溴代十六烷季铵盐化,经丙酮-乙腈混合溶剂重结晶,得到了一种新型基于丙二酰胺结构的不对称Gemini表面活性剂（命名为16．18）,收率为51．2％（以I计）,纯度为99．6％。采用IR、1HNMR表征了结构,电导率法测定其CMC值为7．91×10^-5mol／L,滴体积法测定其YCMC为37．87mN／m,其Krafft点小于0℃,研究了其乳化、泡沫性能。     

黏弹性表面活性剂压裂液的研究与应用进展

黏弹性表面活性剂压裂液是以黏弹性表面活性剂为主剂的清洁压裂液。黏弹性表面活性剂压裂液体系具有破胶后无残渣、携砂性好、滤失控制性能好等特点,但随着对环保问题的日益重视及钻井深度的不断增加,丰富黏弹性表面活性剂压裂液体系迫在眉睫。本文介绍了黏弹性表面活性剂压裂液的发展和应用。根据压裂液配方不同,将其分为常规黏弹性表面活性剂压裂液和非常规新型黏弹性表面活性剂压裂液,总结了不同种类的黏弹性表面活性剂压裂液的组成、耐温耐剪切等性能及应用情况。分析表明,降低成本、研制简单的配制工艺是常规黏弹性表面活性剂压裂液的主要发展方向;在油田进行大规模实际应用及得到更完善的体系是非常规新型黏弹性表面活性剂压裂液的主要发展方向。     

阳离子型双子表面活性剂的合成及表面活性

合成了一种季铵盐型双子表面活性剂Gem in i 12-3-12,采用红外光谱、元素分析和两相滴定法对其结构和纯度进行了分析,测定了不同浓度表面活性剂水溶液的表面张力,并得到临界胶束浓度(CMC)、饱和吸附量(Γm ax)、单分子饱和吸附面积(Am in)。结果表明,Gem in i 12-3-12的收率为77.2%,纯度为98.4%,它与相应的单尾基十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)的表面活性相当,但CMC比DTAB低14倍左右。     

手性Gemini表面活性剂的研究进展

回顾了近年来手性Gemini表面活性剂的合成和应用研究进展,按照天然手性源种类对其进行归纳和总结,阐述了酒石酸基、氨基酸基、糖基和松香基等手性Gemini表面活性剂合成方法的研究现状,并介绍了手性Gemini表面活性剂具有高表面活性、生物相容性、可生物降解性和立体选择性等特点。最后,指出了手性碳原子的立体构型对于手性Gemini表面活性剂自组装行为的影响还有待于进一步研究,展望了其在制备手性介孔材料、药物载体和胶束催化等领域的发展趋势。     

DEDS-10双子表面活性剂的性能研究

合成了一种新型的DEDS-10双子表面活性剂,用红外光谱对所合成化合物的结构进行了初步表征。DEDS-10的临界胶束浓度cm c为0.47 mmol/L,γcm c为34.5 mN/m,A lC l3、CaC l2和NaC l可以使γcm c降低3.6~1.1 mN/m,其cm c值大约为纯水溶液cm c值的1/5~1/3;加入乙醇,可增加其表面活性,在乙醇的浓度为0.22 mol/L时,其表面张力为30 mN/m左右。与阳离子表面活性剂DTAB和非离子表面活性剂曲拉通X-100复配,可以大幅度地降低cm c和γcm c值,与阴离子表面活性剂TLS复配时,cm c降低,cγm c略有增加。     

Rheology of Quaternary Ammonium Gemini Surfactant Solutions: Effects of Surfactant Concentration and Counterions

To prepare high‐performance clean fracturing fluids, cationic surfactants with a Gemini structure were synthesized as thickening agents. Distinct elastic characteristics at a sweep frequency of 0.1–10 Hz and shear resistance at high temperature were shown. Viscosity remained at about 150 mPa s after shearing for 60 min at 140 °C and 170 s^?1. Stability investigation on cationic Gemini surfactant solution revealed that both viscosity and viscoelasticity were greatly affected by the surfactant concentration, temperature, and the amount of inorganic salt (potassium chloride). Complete formulation of a surfactant micelle structure in an aqueous solution requires a certain amount of time.     

添加盐对Gemini阳离子表面活性剂溶液的影响

通过流变学方法研究了水杨酸钠(NaSal)对Gemini阳离子表面活性剂2-羟亚丙基-1,3-双(二甲基十二烷基氯化铵)(以12-3(OH)-12(2Cl)表示)水溶液黏弹性能的影响。结果发现,无机盐诱导12-3(OH)-12(2Cl)产生盐析作用,而NaSal可促使胶束生长;在固定n(NaSal)/n(12-3(OH)-12(2Cl))=0.6,12-3(OH)-12(2Cl)质量摩尔浓度较低时,溶液的黏度很小;随12-3(OH)-12(2Cl)质量摩尔浓度增加,溶液黏度明显增大并显示Maxwell流体行为;溶液的零剪切黏度(η_0)随12-3(OH)-12(2Cl)质量摩尔浓度增加有一个最大值出现,是因为体系中12-3(OH)-12(2Cl)的阳离子和水杨酸根(Sal~-)反离子形成的氢键使棒状胶束之问相互连接,导致网络结构形成;测定的晶体结构验证了分子间氢键的形成。     

压裂酸化用粘弹性表面活性剂溶液研究进展

粘弹性表面活性剂溶液的高表面活性及独特的流变特性可以作为理想的压裂、酸化、砾石充填等增产改造以及三次采油措施流体。详细介绍了粘弹性表面活性剂流体的组成、制备与表征方法,阐述了典型粘弹性表面活性剂流体流变特性研究现状;概述了粘弹性表面活性剂流体在压裂、酸化等增产措施中的应用进展,并指出了粘弹性表面活性剂流体矿场推广应用尚需解决的问题。     

Cake filtration of suspensions in viscoelastic fluids

The fundamental framework for cake filtration of suspensions in viscoelastic media is extended to include the effects of polymer retention, including adsorption in the filter cake, polymer retention and elongational flow in the filter medium, which also undergoes compaction, and evaluation of polymer degradation in the filter cake and medium. Experimental data obtained in constant pressure filtration of starch suspensions in dilute aqueous polyacrylamide solutions confirmed the prediction of an enhanced apparent medium resistance R_ma and a reduced cake resistance α_R. Evaluations are presented of the contributions to the pressure drop due to enhanced normal stresses in elongational flow and to polymer retention (adsorption), and of the ratio of the particle size with and without adsorbed polymer in the cake. The analysis of the data points to high levels of polymer degradation during the flow of the polymer solution through the filter cake and medium.