一種烷基糖苷磺酸鹽表面活性劑及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于C02泡沫驅體系的表面活性劑烷基糖苷磺酸鹽，屬于三次采 油領域。
【背景技術】
[0002] 二氧化碳泡沫驅與空氣、氮氣泡沫驅的區別在于二氧化碳泡沫驅能夠形成混相 驅、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，國內外對于co2泡沫配方體系的研究主要 是針對現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物，又稱烷基多苷，其生產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，還具有發泡性、潤濕性好，表面張力 低，與其他表面活性劑配伍性好，協同效應佳等優點，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配"（日用化學工業，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，反應體系為兩相，因此操作復雜，反應產率低。
[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， 將烷基糖苷在角鯊烷中分散均勻后，加入催化劑和馬來酸酐在100-120°C下反應1-2小時， 得到烷基糖苷磺基琥珀酸單酯鹽，但是反應所用烷基糖苷為不含水的純晶烷基糖苷，而工 業生產的烷基糖苷都含有水，反應前需要脫水處理，成本高。
[0006] 因此，提供一種新的表面活性劑成為本領域亟待解決的問題之一。

【發明內容】

[0007] 為解決上述問題，本發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，具有良好的泡沫穩定性。
[0008] 為達到上述目的，本發明提供了一種烷基糖苷磺酸鹽表面活性劑，其具有式I所 示的結構：
[0009]
[0010] 其中，R為直鏈或支鏈烷基；η為平均聚合度，其數值為1-2 ;M為Na或K。
[0011] 工業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] 本發明提供的技術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，優選地，所述R為C6-C14的直鏈或支鏈烷 基；當烷基碳數〈6時，烷基糖苷磺酸鹽不具有發泡性能；而當烷基碳數>14時，烷基糖苷磺 酸鹽不僅溶解度較差，且發泡性能弱，不能作為發泡劑使用，只有采用本發明技術方案中的 烷基碳數，才能夠使烷基糖苷磺酸鹽的溶解度和發泡性均達到最好。
[0014] 在上述烷基糖苷磺酸鹽表面活性劑中，優選地，所述Μ為Na。
[0015] 本發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進 行堿化反應，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，得到烷基糖苷磺酸鹽表面活性劑。
[0018] 本發明提供的技術方案，反應前無需對烷基糖苷進行脫水，操作簡單，只需兩步反 應即可制取烷基糖苷磺酸鹽；與此同時，本發明提供的技術方案采用水和醇的混合溶液作 為反應的溶劑，能夠使體系中的氫氧化鈉和3-氯-2-羥基丙磺酸鹽溶解，提高反應的產率。
[0019] 在上述方法中，步驟一中的堿性物質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，優選地，所述堿性物質包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉或碳酸氫 鈉。
[0021] 在上述方法中，優選地，所述溶劑包括水和醇；更優選地，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，轉化率將會變低；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生水解，轉化率同樣 會變低，只有采用本發明技術方案中的水醇體積比值，才能夠避免上述問題的產生，獲得最 高的轉化率；進一步優選地，所述水和醇的體積比為（0.08-0.25) :1;更進一步優選地，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，優選地，在步驟一中，進行堿化反應時，反應溫度為45-65Γ，反應 時間為〇. 5-2h。
[0023] 在上述方法中，優選地，在步驟二中，進行醚化反應時，反應溫度為45-85Γ，反應 時間為3-9h。
[0024] 本發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體系中的應 用。
[0025] 在上述應用中，優選地，所述烷基糖苷磺酸鹽在二氧化碳泡沫驅體系中的質量百 分比濃度為0. 1% -0. 8% ;更優選地，烷基糖苷磺酸鹽表面活性劑在應用時，地層的溫度為 0-150°C，地層水的礦化度彡100000mg/L。
[0026] 本發明的有益效果：
[0027] 本發明提供的烷基糖苷磺酸鹽的制備只需兩步反應即可完成，合成工藝簡單，產 率高；反應中間體及產物無需復雜的處理工藝，反應無需除水，易于工業化放大生產；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泡能力及泡沫穩定性與其濃度之 間的關系曲線圖；
[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] 為了對本發明的技術特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現對本發明的技 術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發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5小時，得到癸基葡萄糖苷磺酸鈉，將所得產物分離提純，計算得到 產率為40. 8%。
[0037] 對得到的產物進行結構分析，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