剪切增稠型蠕虫状胶束及其制备方法与应用

摘要

本发明提供了一种剪切增稠型蠕虫状胶束及其制备方法与应用。本发明通过合成羟磺基甜菜碱型两性表面活性剂，再将其与阴离子型表面活性剂及无机盐溶液混合，同时对阴离子型表面活性剂的摩尔分数以及两性表面活性剂与无机盐的浓度进行调控，制备了具有剪切增稠特性的蠕虫状胶束。通过上述方式，本发明能够保证制备的蠕虫状胶束具有剪切增稠的特性，使其能够作为剪切增稠型驱油剂应用于油藏开采中，在高速剪切条件下增大注入水的粘度，同时有效降低原油/注入水之间的界面张力，以满足实际应用的需求。且本发明提供的剪切增稠型蠕虫状胶束的原料易于合成与获取，制备过程工艺简单，各工艺参数调控方便，可控性强，具有较高的实际应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及蠕虫状胶束技术领域，尤其涉及一种剪切增稠型蠕虫状胶束及其制备方法与应用。

背景技术

蠕虫状胶束是一种表面活性剂的热平衡自组织聚集体，其特殊的流变学特性使其在医药、材料、日化、食品工业等领域有着广阔的应用前景，引起了研究者的广泛关注，各类蠕虫状胶束体系逐渐被开发与应用。其中，最具代表性的一类蠕虫状胶束由两性型表面活性剂与阴离子型表面活性剂的混合物组成，这类蠕虫状胶束一方面能够降低原油/水的界面张力，另一方面能够通过增加体系的粘度而扩大波及系数，从而在提高原油采收率方面显示出巨大的潜力。

蠕虫状胶束作为一种典型的粘弹性非牛顿流体，在应力作用下，蠕虫状胶束呈直线排列，通常表现为剪切变稀。然而，在某些特定条件下合成的蠕虫状胶束也可能表现为剪切增稠，在低剪切速率下，试样的黏度与牛顿流体的黏度基本保持不变，但当剪切速率达到一个临界值时，黏度开始明显增加。这类剪切增稠型蠕虫状胶束能够作为驱油剂应用于油藏开采中，在增加注入水粘度的同时降低原油/注入水之间的界面张力，具有重要的实际应用价值和研究意义。

例如，公开号为CN110028944A的专利提供了一种剪切增稠型驱油剂及其制备方法与在特低渗油藏中的应用。该专利以羧基或磺基甜菜碱中的一种或多种作为两性型表面活性剂，并以疏水尾链碳原子数目为4～14的烷基硫酸钠、烷基硫酸钠、烷基羧酸钠、烷基苯磺酸钠及烷基萘磺酸钠盐中的一种或多种作为阴离子型表面活性剂，通过将两性型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、无机盐和水按比例混合后，在加入纳米粒子，制备了蠕虫状胶束体积，并将其冷却后作为剪切增稠型驱油剂应用于特低渗油藏中。然而，该专利中使用的两性型表面活性剂为市售的商业产品，其杂质的存在影响了其与阴离子表面活性剂之间的相互作用，进而影响了产品的剪切增稠效果；同时，该专利中缺乏对蠕虫状胶束体系制备过程中关键工艺参数的有效控制，忽略了原料结构及工艺参数对产品性能的影响，导致其产品性能不够稳定。

有鉴于此，有必要设计一种改进的剪切增稠型蠕虫状胶束的制备方法，以解决上述问题。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种剪切增稠型蠕虫状胶束及其制备方法与应用。通过合成羟磺基甜菜碱型两性表面活性剂，再将其与阴离子型表面活性剂及无机盐溶液混合，同时对阴离子型表面活性剂的摩尔分数以及两性表面活性剂与无机盐的浓度进行调控，制备了具有剪切增稠效果的蠕虫状胶束，使其能够作为驱油剂应用于油藏开采中，以满足实际应用的需求。

为实现上述目的，本发明提供了一种剪切增稠型蠕虫状胶束的制备方法，包括如下步骤：

S1、合成预定纯度的羟磺基甜菜碱型两性表面活性剂；

S2、将步骤S1得到的所述羟磺基甜菜碱型两性表面活性剂与阴离子型表面活性剂、无机盐和水混合，在加热条件下充分搅拌，得到混合溶液；

S3、将步骤S2得到的所述混合溶液在预定温度下储存预定时间，待其平衡后得到剪切增稠型蠕虫状胶束。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述羟磺基甜菜碱型两性表面活性剂的纯度大于95％。

作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述混合溶液中所述羟磺基甜菜碱型两性表面活性剂的浓度为1～10mmol/L，所述无机盐的浓度为50～100mmol/L。

作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述阴离子型表面活性剂占其与所述羟磺基甜菜碱型两性表面活性剂总量的摩尔分数为0.3～0.7。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述羟磺基甜菜碱型两性表面活性剂为十二烷酰胺丙基羟磺基甜菜碱、十四烷酰胺丙基羟磺基甜菜碱和十六烷酰胺丙基羟磺基甜菜碱中的一种或多种混合，并优选为十二烷酰胺丙基羟磺基甜菜碱。

作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，所述预定温度为15～30℃，在所述预定温度下储存的所述预设时间≥24h。

作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述加热条件下的加热温度为70～80℃，所述搅拌的时间为1～3h。

作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述阴离子型表面活性剂为十二烷基硫酸钠，所述无机盐为氯化钠或氯化钾。

为实现上述目的，本发明还提供了一种剪切增稠型蠕虫状胶束，所述剪切增稠型蠕虫状胶束根据上述技术方案中任一技术方案制备得到，包括羟磺基甜菜碱型两性表面活性剂、阴离子型表面活性剂和无机盐。

本发明还提供了所述剪切增稠型蠕虫状胶束作为驱油剂在油藏开采中的应用。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过合成具有特定长度的疏水烷基链的羟磺基甜菜碱型两性表面活性剂，再将其与阴离子型表面活性剂及无机盐溶液混合，同时对阴离子型表面活性剂的摩尔分数以及两性表面活性剂与无机盐的浓度等工艺参数进行调控，制备了具有剪切增稠效果的蠕虫状胶束，解决了传统的蠕虫状胶束通常表现为剪切变稀的问题，使其能够作为剪切增稠型驱油剂应用于油藏开采中，在高速剪切条件下增大注入水的粘度，同时有效降低原油/注入水之间的界面张力，以满足实际应用的需求。

(2)本发明通过优选烷基酰胺丙基羟磺基甜菜碱作为两性表面活性剂，并优选十二烷基硫酸钠作为阴离子型表面活性剂，能够利用二者间的静电和疏水的协同作用促进胶束的生长，形成蠕虫状胶束。在此基础上，本发明还通过对两性表面活性剂的疏水链长度进行控制，进一步优选十二烷酰胺丙基羟磺基甜菜碱作为两性表面活性剂，同时对该两性表面活性剂的浓度、无机盐的浓度以及十二烷基硫酸钠的摩尔分数进行调控，能够使制得的蠕虫状胶束具有剪切增稠的特性，克服了传统意义上认为蠕虫状胶束均为剪切变稀的技术偏见，具有重要的研究意义。并且，本发明合成的烷基酰胺丙基羟磺基甜菜碱具有高纯度，能够避免杂质对产品性能的影响，制得的蠕虫状胶束性能更加稳定。

(3)本发明提供的剪切增稠型蠕虫状胶束的原料易于合成与获取，制备过程工艺简单，各工艺参数调控方便，可控性强，能够满足工业化生产的需求；且本发明制备的蠕虫状胶束具有剪切增稠的特性，将其作为驱油剂应用于油藏开采中能够有效提高原油的采收率，具有较高的实际应用价值。

附图说明

图1为实施例1制备的剪切增稠型蠕虫状胶束在低温透射电子显微镜下的电镜图。

图2为实施例1制备的剪切增稠型蠕虫状胶束在25℃下的剪切速率-粘度关系图。

图3为实施例1制备的剪切增稠型蠕虫状胶束在不同温度下的剪切速率-粘度关系对比图。

图4为实施例2～10制备的蠕虫状胶束的剪切速率-粘度关系图。

图5为实施例11～19制备的蠕虫状胶束的剪切速率-粘度关系图。

图6为实施例20～28制备的蠕虫状胶束的剪切速率-粘度关系图。

图7为实施例29～32制备的蠕虫状胶束的剪切速率-粘度关系图。

图8为实施例33～40制备的蠕虫状胶束的剪切速率-粘度关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本发明提供了一种剪切增稠型蠕虫状胶束的制备方法，包括如下步骤：

S1、合成预定纯度的羟磺基甜菜碱型两性表面活性剂；

S2、将步骤S1得到的所述羟磺基甜菜碱型两性表面活性剂与阴离子型表面活性剂、无机盐和水混合，在加热条件下充分搅拌，得到混合溶液；

S3、将步骤S2得到的所述混合溶液在预定温度下储存预定时间，待其平衡后得到剪切增稠型蠕虫状胶束。

在步骤S1中，所述羟磺基甜菜碱型两性表面活性剂的纯度大于95％；所述羟磺基甜菜碱型两性表面活性剂为十二烷酰胺丙基羟磺基甜菜碱、十四烷酰胺丙基羟磺基甜菜碱和十六烷酰胺丙基羟磺基甜菜碱中的一种或多种混合，并优选为十二烷酰胺丙基羟磺基甜菜碱。

在步骤S2中，所述混合溶液中所述羟磺基甜菜碱型两性表面活性剂的浓度为1～10mmol/L，所述无机盐的浓度为50～100mmol/L；所述阴离子型表面活性剂占其与所述羟磺基甜菜碱型两性表面活性剂总量的摩尔分数为0.3～0.7；所述加热条件下的加热温度为70～80℃，所述搅拌的时间为1～3h；所述阴离子型表面活性剂为十二烷基硫酸钠，所述无机盐为氯化钠或氯化钾。

在步骤S3中，所述预定温度为15～30℃，在所述预定温度下储存的所述预设时间≥24h。

本发明还提供了一种剪切增稠型蠕虫状胶束，所述剪切增稠型蠕虫状胶束根据上述技术方案制备得到，包括羟磺基甜菜碱型两性表面活性剂、阴离子型表面活性剂和无机盐。

本发明还提供了所述剪切增稠型蠕虫状胶束作为驱油剂在油藏开采中的应用。

下面结合具体的实施例对本发明提供的剪切增稠型蠕虫状胶束及其制备方法与应用进行说明。

实施例1

本实施例提供了剪切增稠型蠕虫状胶束的制备方法，包括如下步骤：

S1、采用两步法法合成纯度大于95％的十二烷酰胺丙基羟磺基甜菜碱(DHSB)，作为两性表面活性剂。

其中，DHSB的结构式如下：

S2、将步骤S1得到的十二烷酰胺丙基羟磺基甜菜碱(DHSB)与作为阴离子型表面活性剂的十二烷基硫酸钠(SDS)、无机盐NaCl和水混合，在70℃下充分2h至均质，得到混合溶液。

其中，混合溶液中十二烷酰胺丙基羟磺基甜菜碱的浓度C

S3、将步骤S2得到的混合溶液在25℃下储存至少24h，使其平衡后得到剪切增稠型蠕虫状胶束。

本实施例制得的剪切增稠型蠕虫状胶束的电镜图如图1所示，该蠕虫状胶束的粘度在25℃下随剪切速率的变化曲线如图2所示。由图1、图2可以看出，本实施例制备的胶束呈蠕虫状，且具有剪切增稠的特性。基于本实施例制备的剪切增稠型蠕虫状胶束，将其作为驱油剂应用于油藏开采中能够有效提高原油的采收率，具有较高的实际应用价值。

为进一步分析温度对蠕虫状胶束剪切增稠性能的影响，对本实施例制备的剪切增稠型蠕虫状胶束在不同温度下的剪切速率-粘度关系进行测试，结果如图3所示。由图3可以看出，随着温度的升高，蠕虫状胶束的表观粘度逐渐降低，其剪切增稠的临界剪切速率也逐渐增加，但在45℃以下的蠕虫状胶束均表现出了不同程度的剪切增稠现象，能够满足实际应用的需求。

实施例2～28

实施例2～28分别提供了一种蠕虫状胶束的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于改变了两性表面活性剂的种类及十二烷基硫酸钠的摩尔分数，其余参数均与实施例1一致，在此不再赘述。

其中，实施例2～10使用的两性表面活性剂均与实施例1一致，十二烷基硫酸钠的摩尔分数分别为0、0.286、0.333、0.444、0.5、0.615、0.667、0.714和0.833，其剪切速率-粘度关系图如图4所示。

实施例11～19使用的两性表面活性剂均为十四烷酰胺丙基羟磺基甜菜碱(THSB)，十二烷基硫酸钠的摩尔分数分别为0、0.167、0.183、0.231、0.333、0.545、0.667、0.714、0.833，其剪切速率-粘度关系图如图5所示。

实施例20～28使用的两性表面活性剂均为十六烷酰胺丙基羟磺基甜菜碱(HHSB)，十二烷基硫酸钠的摩尔分数分别为0、0.091、0.13、0.149、0.167、0.5、0.583、0.667、0.714，其剪切速率-粘度关系图如图6所示。

上述THSB和HHSB的结构式分别如下：

THSB：

HHSB：

由图4～图6可以看出，两性表面活性剂中疏水烷基链的长度及十二烷基硫酸钠的摩尔分数(x

实施例29～32

实施例29～32分别提供了一种蠕虫状胶束的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于改变了NaCl的浓度，其余步骤均与实施例一致，在此不再赘述。

其中，实施例29～32中NaCl的浓度分别为0、50mmol/L、250mmol/L和500mmol/L，实施例29～32与实施例1的剪切速率-粘度关系图如图7所示。

由图7可以看出，NaCl的浓度(C

实施例33～40

实施例33～40分别提供了一种蠕虫状胶束的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于改变了DHSB的浓度，其余步骤均与实施例一致，在此不再赘述。

其中，实施例33～40中DHSB的浓度分别为2.5mmol/L、12.5mmol/L、17.5mmol/L、20mmol/L、25mmol/L、40mmol/L、60mmol/L和80mmol/L，实施例33～40的剪切速率-粘度关系图如图8所示。

由图8可以看出，DHSB的浓度(C

综上所述，本发明提供了一种剪切增稠型蠕虫状胶束及其制备方法与应用。本发明通过合成具有特定长度的疏水烷基链的羟磺基甜菜碱型两性表面活性剂，再将其与阴离子型表面活性剂及无机盐溶液混合，同时对阴离子型表面活性剂的摩尔分数以及两性表面活性剂与无机盐的浓度进行调控，制备了具有剪切增稠特性的蠕虫状胶束。通过上述方式，本发明能够保证制备的蠕虫状胶束具有剪切增稠的特性，使其能够作为剪切增稠型驱油剂应用于油藏开采中，在高速剪切条件下增大注入水的粘度，同时有效降低原油/注入水之间的界面张力，以满足实际应用的需求。且本发明提供的剪切增稠型蠕虫状胶束的原料易于合成与获取，制备过程工艺简单，各工艺参数调控方便，可控性强，具有较高的实际应用价值。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。