油田双子表面活性剂的合成及研究进展

崔琰奇

(长江大学 石油工程学院，湖北 武汉 430100)

原油开采主要分为三个阶段。第一阶段是利用油藏自身能量驱动。第二阶段则是利用注水、注气的方式以维持底层压力开采。第三阶段也叫三次采油，是利用物理化学方法，通过提高注水波及系数来提高采收率[1]。由于我国自身特殊的资源环境及地层机构，三次采油中的化学驱成为了我国油藏开发后期提高采收率的必然选择。

1 双子表面活性剂研究历史

按照分子结构，表面活性剂可分为三类：传统型、Bola型和Gemini型。其中，Gemini型得名自双子星座，可以看做两个表面活性剂单体被链接基团链接起来。

该类化合物历史上第一次被确立作为双子表面活性剂研究的是在1971年，由Bunton等首次合成，测定了其表面活性，研究了不同链接基团(刚性、柔性、亲水、疏水)对该类化合物性质的影响，并将其作为某种相转移催化剂使用。1991年Menger等将其命名为Gemini表面活性剂。至20世纪90年代，研究逐渐从开始的新型分子结构设计延伸至这类活性剂特殊的表面活性和界面性质及相态转变。

我国国内的相关工作开展的较晚，来自福州大学的赵剑曦[2]老师首次开始对这类化合物进行研究。虽然起步晚，但近20年来经过研究者的不懈努力，我国在相关领域也取得了令人瞩目的成就，合成了一系列新型的双子表面活性剂。

2 双子表面活性剂分类

双子表面活性剂的机构如图1所示。

图1 双子表面活性剂的机构

由于拥有多个两亲头基的特殊分子结构，该类化合物拥有与其它表面活性剂不同的性质：

①形成胶束能力更强。

②更好的低温溶解性能。

③优良的表面活性。

④良好的润湿性。

⑤良好的钙皂分散性。

⑥低浓度下即可产生粘弹性。

按照不同的链接基团分类，双子表面活性剂可分为阴、阳离子型、两性离子型等。

2.1 阳离子型双子表面活性剂

该类是现如今研究工作做的最多的一种双子表面活性剂。它的合成路线设计思路主要分两类:一类是通过溴代烷与季铵反应而成；另一类是由长链叔胺与卤代烷烃、卤代甲基苯等通过季铵反应而成。

王辉[3]等合成了一系列适用于二元复合驱的该类化合物，反应过程如图2所示。

图2 二元复合驱的该类化合物合成反应过程

2.2 阴离子型双子表面活性剂

阴离子型按照亲水头基的不同进行分类，可分为磺酸盐型、羧酸盐型、硫酸酯型等。

2.2.1 磺酸盐型双子表面活性剂

磺酸盐型具有良好的水溶性和表面活性，且合成路线简单，原料价廉，固其应用前景最被看好。

李豪等[4]用2，2-双(对羟基苯基)丙烷为原料，得到了一种双醚双苯类的Gemini表面活性剂，反应过程如图3所示。

图3 双醚双苯类的Gemini表面活性剂的合成

许军虎等[5]以烯烃和苯基醚为原料，得到了双烷基二苯醚双子表面活性剂，经检测其CMC值较单链低2～3个数量级。

2.2.2 羧酸盐型双子表面活性剂

羧酸盐双子表面活性剂的原料一般为自然产物，不但性质温和易于降解，且不易形成沉淀，具有良好的表面活性。

王培义等[6]以丙烯酸甲酯和十二胺为原料得到了两类钠盐双子表面活性剂，反应过程如图4所示。

图4 两类钠盐双子表面活性剂的合成

任昊[7]以马来酸酐、三乙稀四胺以及长链脂肪酸为主要原料,经过酰化、肖登-包曼缩合等反应得到一种新型Gemini表面活性剂。该反应选用的原料廉价易得,具有很大的经济效益,值得关注。

赵田红等[8]以溴代十二烷和氯乙酸钠为原料，经烷基化和羧甲基化得到的产物具有优良的表面活性。反应过程如图5所示。

图5 以溴代十二烷和氯乙酸钠为原料的羧酸盐型双子表面活性剂

赵成洋等[9]合成了一系列相关化合物作为清洁压裂液使用，具有良好的快速破胶性和携砂性。

2.2.3 硫酸酯型双子表面活性剂

在传统表面活性剂中，硫酸酯型是应用最广的一类。因为它在水中溶解度大，原料种类繁多，故其合成相对简单。

孙冬等[10]以十二烷酸、聚乙二醇为原料，合成了具有特殊结构的低聚二醇(α-硫酸酯钠)月桂酸双酯。

2.3 两性型双子表面活性剂

分子结构式中既有正电荷中心又有负电荷中心，且两个电荷中心不可分离该类被称为两性型。因合成路线繁杂且成本过高，目前有关两性型的报道仍不多，在接下来的研究中可能成为研究者关注的焦点。

王孝科等[11]以12DMA、3-氯-1,2-环氧丙烷和一氯醋酸等为原料，合成了一种羧甲基钠盐，具有较低的CMC值及较高的表面活性。反应过程如图6所示。

图6 羧甲基钠盐两性型双子表面活性剂

于君明等[12]以环氧氯丙烷与浓盐酸经开环加成反应、季胺化反应得到了一种新型双子表面活性剂，具有良好的耐酸性。

3 结语

总而言之，双子表面活性剂分子与其他表面活性剂相比拥有更优良的性质：水溶性更好，具有优良的耐盐耐温性能，更强的形成胶束能力，具有粘弹性，较低浓度即可高效降低油水界面张力，绿色环保有利于建设环境友好型社会，故而在三次采油中可以得到极大的应用，有利于推动我国石油事业进步。

当前双子表面活性剂的应用仍受限于成本。若要使双子表面活性剂真正在油藏开采中大展身手，可以向两个方向进行研究。一是使用双子表面活性剂于其他活性剂进行复配，以降低成本。二是相关研究人员将合成机理研究透彻，以争取能够找到使用廉价易得原料的合成方式。相信在不远的将来，双子表面活性剂必然能够成为油田试剂中不可或缺的一部分。

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[11] 王孝科,田 敉.新型两性双子表面活性剂的合成与表面活性研究[].精细石油化工,2008(3):17-20.

[12] 于君明,陈洪龄,韦亚兵.新型双子两性表面活性剂的合成及性能[J].南京工业大学学报(自然科学版),2005(5):62-66.

(本文文献格式：崔琰奇.油田双子表面活性剂的合成及研究进展[J].山东化工，2018，47(02)：48-50，52.)