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甜菜堿表面活性劑TAC制備方法及表面張力測定（一）
來源：精細(xì)化工 瀏覽 154 次 發(fā)布時(shí)間:2025-05-26
摘要
以15-溴-1-十五醇、二甲胺水溶液、環(huán)氧氯丙烷和3-氯-2-羥基丙磺酸鈉為原料，通過季銨化反應(yīng)和開環(huán)反應(yīng)制備了甜菜堿表面活性劑（TAC），采用FTIR、HNMR、CNMR、MS對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。將TAC添加至稠化酸（SY）中制備了SY-x-TAC（x為TAC添加量，以SY質(zhì)量的計(jì)，取值為0.2%~1.0%，下同）。通過表面張力儀、電導(dǎo)率儀、黏度計(jì)、流變儀、SEM對(duì)其進(jìn)行了測試，考察了TAC添加量對(duì)SY-x-TAC耐溫性和抗剪切性能的影響。結(jié)果表明，298.15 K下，TAC最低臨界膠束濃度（CMC）為0.116 mmol/L。SY-0.4%-TAC的耐溫、耐剪切性能顯著提高，升溫至180℃時(shí)其溶液表觀黏度和繼續(xù)剪切1 h后溶液的最終表觀黏度分別為80.85和75.48 mPa·s，比SY（48.01和42.52 mPa·s）分別提高了68.40%和77.52%。在應(yīng)力掃描范圍內(nèi)，SY-0.4%-TAC和SY-0.6%-TAC存在明顯的線性黏彈區(qū)，表現(xiàn)為彈性體，體系空間結(jié)構(gòu)為更緊密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。SY的疏水基團(tuán)與TAC的疏水尾端相互作用，形成混合膠束。疏水基團(tuán)被包裹在膠束內(nèi)部，TAC的親水基團(tuán)代替SY的親水鏈，實(shí)現(xiàn)分子間締合，表現(xiàn)出良好的協(xié)同效應(yīng)。
目前，中國致力于深井、超深井和低滲、超低滲致密油氣方向的大規(guī)模勘探開發(fā)。酸化壓裂是提高油氣井產(chǎn)量的有效方法之一。而原針對(duì)160℃以下儲(chǔ)層的交聯(lián)酸體系已不能滿足超過180℃的高溫地層，因此，交聯(lián)酸體系的應(yīng)用仍需要深入探究。
交聯(lián)劑、稠化劑和緩蝕劑是交聯(lián)酸體系的3個(gè)重要組成部分。交聯(lián)劑的加入不僅可以降低稠化劑的用量，還可提高稠化酸的彈性及黏度，減少對(duì)地層的傷害。因此，交聯(lián)劑種類的選擇至關(guān)重要。金屬交聯(lián)劑是使用較多的傳統(tǒng)交聯(lián)劑，它通過配位交聯(lián)增加分子間剛性，進(jìn)而影響耐溫性能。但是金屬交聯(lián)劑易受pH影響，含有的金屬元素對(duì)地層污染較大。表面活性劑作為交聯(lián)劑，通過與聚合物分子間形成化學(xué)共價(jià)鍵實(shí)現(xiàn)物理交聯(lián)，這種交聯(lián)具有自修復(fù)能力，因此耐溫性能得到改善，并可大幅降低對(duì)地層的污染。在高溫油藏環(huán)境下，疏水締合聚合物由于同時(shí)具備良好的耐溫抗鹽以及抗剪切性能，而被廣泛研究和應(yīng)用。甜菜堿表面活性劑的耐溫抗鹽性能、溶解性及穩(wěn)定性良好，是一種優(yōu)良的驅(qū)油劑，且長鏈的甜菜堿表面活性劑可形成蠕蟲狀膠束，促進(jìn)分子間締合，增加締合連接數(shù)，從而增大黏度，增強(qiáng)稠化酸耐溫、耐剪切性能。
本文擬以15-溴-1-十五醇、二甲胺水溶液、環(huán)氧氯丙烷、3-氯-2-羥基丙磺酸鈉為原料，通過季銨化反應(yīng)和開環(huán)反應(yīng)制備了甜菜堿表面活性劑（TAC）。通過聚合物和表面活性劑分子的疏水單元組成的混合膠束與聚合物主鏈發(fā)生物理交聯(lián)，從而產(chǎn)生擴(kuò)展的聚合物網(wǎng)絡(luò)，以期改善稠化酸的耐溫、耐剪切性能，提高180℃高溫地層的油氣采收率。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1試劑與儀器
濃鹽酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)36%）、15-溴-1-十五醇、二甲胺水溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%）、無水乙醇、環(huán)氧氯丙烷、3-氯-2-羥基丙磺酸鈉、異丙醇、NaHCO 3、氯仿，AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；酸液稠化劑SY-2，自制。
IRAffinity-1型傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR），日本Shimadzu公司；AVANCE NEO 600 MHz型核磁共振波譜儀（NMR），德國Bruker公司；LN11-ZNN-D6B型六速黏度計(jì)，北京海富達(dá)科技有限公司；SEM 3200型掃描電子顯微鏡（SEM），國儀量子科技有限公司；HAKKE MARSⅣ型流變儀，美國Thermo Fisher Scientific公司；Delta-8全自動(dòng)高通量表面張力儀，芬蘭Kibron公司；RT1906A型電導(dǎo)率儀，北京磐研科技有限公司。