摘要:目的针对在三元复合驱中加入无机碱容易结垢造成储层堵塞问题，开发一种有机碱型表面活性剂，替代三元复合驱中的无机碱与表面活性剂，与聚合物形成新型二元复合驱。方法以N-牛脂基三胺、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯3-氯-2-羟基丙磺酸钠为原料，制备了一种新型多胺类甜菜碱表面活性剂(TDMS)。对产物进行红外、核磁结构表征，并与月桂酰胺丙基羟磺基甜菜碱(LHSB)、LHSB与不同有机碱形成的复配体系进行了性能对比;对TDMS进行耐温、耐盐、Zeta电位性能评价，最终将TDMS与部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)复配形成二元复合驱油体系，并对该体系的驱油性能做了评价。

结果该多胺类有机碱表面活性剂临界胶束浓度为4.78×10⁻⁶ mol/L, γ_cmc为33.55 mN/m,可将油水界面张力降至0.016 mN/m,与原油形成的乳状液稳定性较强,80 min后的析水率为40%，可使油湿性岩石接触角降至41.1°，具有良好的耐温耐盐性能，用0.3%(w)TDMS+0.15%(w)HPAM形成的新型有机碱二元复合驱油体系具有良好的驱油性能，在水驱的基础上提高原油采收率25.7%。结论该表面活性剂具有良好的乳化性、润湿性，能降低油水界面张力和更低的临界胶束浓度。其在聚表二元复合驱中可有效提高采收率，为传统三元复合驱提供新思路。

目前，我国大多数油田已进入高含水开发期，为有效提升水驱开发后油藏的采收率，以碱-表面活性剂-聚合物(ASP)三元复合驱为代表的技术已成为三次采油领域的重要研究方向。传统的无机碱加入到地层中，会与原油中高价阳离子发生反应堵塞地层，而有机碱由于碱性小，不易与地层中金属离子发生结垢现象，会与石油酸发生化学反应，但与无机碱相比而言差距极小。因此，研究高效新型的有机碱型表面活性剂具有较广的应用前景。

甜菜碱两性表面活性剂分子中两亲水基团由阳离子和阴离子组成，该类表面活性剂具有良好的配伍性能和协同增效作用，多数是采用与各种有机碱复配的形式使用。目前，针对有机碱类表面活性剂的研究较少。本研究合成一种兼具有机碱和表面活性剂的多胺类甜菜碱表面活性剂，以期在新二元复合驱中有效提高采收率。

1实验部分

1.1实验材料及仪器

实验材料:N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯、3-氯-2-羟基丙磺酸钠、氢氧化钠、无水乙醇、十二烷基酰胺丙基羟丙基磺基甜菜碱(LHSB)、二乙醇胺(DEOA)、聚醚胺 D-2000(PEA)、三乙胺(TEA)、二乙胺(DEA),以上试剂均为分析纯，阿拉丁试剂(上海)有限公司;部分水解聚丙烯酰胺，分析纯，上海麦克林生化公司;N-牛脂基三胺，南通博雅环保科技有限公司;去离子水，实验室自制;油样为新疆原油，克拉玛依油田。

实验仪器:RE-52AA型旋转蒸发仪，郑州瑞涵仪器有限公司; dIFT双通道动态界面张力仪、Delta-8全自动高通量表面张力仪,芬兰Kibron公司;KRUSS型光学接触角测量仪,上海艾飞思精密仪器有限公司;INVENIO型红外光谱分析仪;AVANCE NEO 600MHz型核磁共振波谱仪，上海善福电子科技有限公司;ZNCL-GS型电恒温水浴锅，上海弘懿仪器设备有限公司;多功能岩心实验驱替装置，海安石油科研仪器有限公司。

1.2合成与表征

1.2.1 N-牛脂基三胺与N,N-二甲氨基乙酯的加成反应

将N-牛脂基三胺置于三口烧瓶中，加入适量无水乙醇作为溶剂，搅拌使原料完全溶解。随后，按照摩尔比1.1:1.0，缓慢滴加N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯至反应体系中。将油浴温度调节至25℃并保持恒定，持续反应24h。反应完成后，采用减压蒸馏方法去除体系中的无水乙醇及未反应的N-牛脂基三胺，最终获得淡黄色蜡状产物即为中间体。

1.2.2中间体与氯羟基丙磺酸钠的季铵化反应

向三口烧瓶中依次加入一定量的中间体和无水乙醇，将3-氯-2-羟基丙磺酸钠和乙醇水溶液(乙醇与水的体积比为3:1)混合溶解，用恒压滴液漏斗缓慢滴加到三口烧瓶，1h内滴加结束;在80℃下反应8h,用NaOH溶液将体系pH调节至9;反应结束后旋蒸除去乙醇和水，用热乙醇进行过滤以去除无机盐杂质，随后通过旋转蒸发仪脱除乙醇溶剂;利用氯仿溶剂进行重结晶，最终获得淡黄色膏状的多胺型甜菜碱表面活性剂产物，其合成反应式如图1所示。

1.3结构表征

1.3.1傅里叶红外光谱(FT-IR)测试

称取少量的TDMS,用傅里叶红外光谱仪测试TDMS表面活性剂的红外光谱,扫描范围500~4 000 cm⁻¹,于室温下进行测定。

1.3.2氢核磁共振波谱(¹H NMR)测试

称取少量的 TDMS,用 CHCl₃作溶剂,采用AVANCE NEO 600MHz型核磁共振仪对 TDMS进行 ¹H NMR表征。

1.4性能测试

1.4.1界面张力测定

分别配制质量分数(下同)为 0.3%的 TDMS溶液和 0.3%的 LHSB+1.0%有机碱溶液,测定不同表面活性剂与原油之间的界面张力值。测量方法如下:室温下，启动仪器的恒温系统，控温在 (60±0.1)℃之间;将待测试体系的表面活性剂溶液用微型注射器抽出,注满毛细管(注入毛细管前润洗 3~4次);注入 0.5 μL煤油(毛细管中不允许有气泡)快速地把毛细管安装在芬兰Kibron dIFT双通道动态界面张力仪上,调节转速 6000 r/min,每隔 10min记录数据。

1.4.2表面张力测定

将不同有机碱与 LHSB表面活性剂复配,测量其临界胶束浓度,与TDMS表面活性剂进行对比。测量方法:采用吊环法测定表面活性剂 TDMS的临界胶束浓度下的表面张力 γ_cmc,每组实验重复 3次后取均值。将质量浓度换算为物质的量浓度 C,绘制 γ-lgC关系曲线,通过数据拟合确定 TDMS的临界胶束浓度(CMC)及对应表面张力 γ_cmc。实验过程依据SY/T 5370-2018《表面及界面张力测定方法》标准执行，使用仪器为芬兰Kibron公司生产的Delta-8全自动高通量表面张力仪。