基于脂族聚碳酸酯的表面活性剂制造技术

本发明专利技术包括用于液体或超临界CO2应用中的表面活性剂。该表面活性剂包含含有烃链段和脂族聚碳酸酯链段的化合物。本发明专利技术还提供制造所述表面活性剂的方法和在超临界CO2应用中使用它们的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】说明书致所有可能相关者：请知悉：我们，KurtMcWilliams、DanielT.Plummer、KipD.Sharp、ScottD.Allen和ChristopherA.Sinomeau，在以下方面专利技术了新的和有用的改进：基于脂族聚碳酸酯的表面活性剂其说明书如下：基于脂族聚碳酸酯的表面活性剂相关申请的交叉引用本申请要求2013年8月26日提交的美国申请号61/869,964的优先权，其公开内容为了所有目的通过引用结合在此。专利
本专利技术关于用于液体或超临界CO2应用中的表面活性剂。该表面活性剂包含含有烃链段和脂族聚碳酸酯链段的化合物。专利技术背景二氧化碳作为有用的材料而非废物的利用近年来已经引起渐增的兴趣。例如已经使用超临界二氧化碳(sc-CO2)代替有机溶剂，用于如衣物干洗和高压液相色谱的应用。对石油系溶剂的替代本身具有环境益处，并且如果CO2获得自否则会将它作为大气污染物释放的来源的话，进一步增强这些环境益处。对于CO2来说，另一个大的应用是作为注入剂(floodingagent)，以从用尽的油井获得额外的产量。据估计，每天有数十亿标准立方英尺的CO2被注入美国油田中，随之采收数十万桶石油。多年前已经知晓，如果可以增加CO2的粘度，石油采收效率会大大增强，因为它会减少指进和差的体积波及系数。为此，已经耗费了大量资源研究使用表面活性剂增加高压CO2的粘度(增稠)。典型地，经由交替注入表面活性剂水溶液段塞(slug)和纯CO2(SAG)，进行二氧化碳泡沫注入。数十年前，就已经提出了为了性能和/或流度控制向CO2加入表面活性剂的想法，并且为此，在产生泡沫的CO2可溶的表面活性剂的识别和设计方面已有新近的发展。正如本领域技术人员公知的，承油地层最初含有盐水，并且多年的增强的采收技术，包括水注入，已经加入了附加的流体。这使得交替段塞的使用成为必要。为了表面活性剂在井下环境中有效，必须维持亲CO2性和亲水性的适当平衡。对于现有的表面活性剂技术来说，维持该平衡已被证实是困难的。此外，此类型的分子容易溶于CO2中，并且必须以盐水相注入到地层中。现有技术包括在将聚碳酸酯作为表面活性剂方面发表的专利和专利申请，它们通常教导使用标准表面活性剂模型，需要有疏水段和亲水段，这自然会意味着表面活性剂是水溶性的和/或可与水混溶的。为了完成此结果，表面活性剂聚碳酸酯具有聚醚段或环氧化物段和聚碳酸酯段，并且通常规定：低于15摩尔％的CO2并入(incorporation)时，材料是亲水的，并且高于15摩尔％的CO2并入时，它们是疏水的。基于此，如果分子是大于15摩尔％CO2的，它们将不是表面活性剂，因为它们将具有可忽略的亲水性。还有着对于以下CO2可溶的表面活性剂的需要：其虽然本性是疏水的，但仍然具有表面活性，是可容易地生物降解的，并且其中所述表面活性允许含有CO2的表面活性剂湿润现有技术的含有CO2的表面活性剂尚不能够湿润的表面。此湿润表面的能力在使用CO2注入、泡沫等的EOR操作中是极为重要的，因为它允许表面活性剂/CO2从地层提取石油，并且否则，因为对那些待充分湿润的表面无能为力，地层中的空隙不能受到提取。还有着对以下CO2可溶的表面活性剂的需要：其仍然具有表面活性，是可容易地生物降解的，并且其中所述表面活性允许含有CO2的表面活性剂可预测地在多孔介质中形成泡沫，用于当为了CO2的储存或螯合作用的目的将这样的CO2注入到地质地层中时控制流度和改进液体或超临界CO2的波及系数。虽然如此，伴随着CO2在这些和其他应用中的用途，仍存在挑战。尤其是，仅有非常少的与sc-CO2一起良好工作的表面活性剂。那些已有的工作良好的表面活性剂倾向于昂贵，和/或因为它们污染环境或产物流的可能而具有缺点。同时，为了CO2的生产性使用而得到探索的另一个策略已经作为用于化学品和聚合物的制造的化学原料。尤其是，通过二氧化碳和环氧化物的共聚制造的脂族聚碳酸酯(APC)正显现成有前途的材料，因为所述聚合物具有代替传统石油化学聚合物的潜力。CO2的并入(其占聚合物质量的高达50％)具有环境益处。在过去，已经将基于CO2的聚合物看做CO2可溶的表面活性剂，例如(WO/2010/062703)，但是采取的途径必须将亲水部分如PEG附加至预期用作亲CO2剂的聚碳酸酯。迄今为止，还没有发现这些材料中任何一种适合用于商业应用。专利技术概述一方面，本专利技术提供一种CO2可溶的表面活性剂，其具有增强的物理和界面张力性质，能够克服目前在CO2中使用的表面活性剂的局限性。本专利技术的另一个特征是对表面活性剂独立地进行调节的能力，使得，取决于地层的特性，可以调整或调节CO2可溶的表面活性剂，从而提供其中分散石油的CO2泡沫的最大石油提取能力。还另一方面，本专利技术提供一种理想地用于CO2EOR操作中的含有亲CO2头基团(headgroup)的表面活性剂。又另一方面，本专利技术提供一种CO2可溶的表面活性剂，其具有控制流度和形成活塞状注入的能力，因此增加CO2在EOR操作期间在提取石油方面的效率。应当注意的是，这有两个潜在的益处：第一，通过提高每使用的CO2体积提取的石油的量，它将增加石油提取效率，超出目前的CO2EOR成果；第二，它将减少所需的水量，因为将在CO2相中递送表面活性剂。因为这些表面活性剂将加入至CO2相中，它们将存在于CO2在地层中流动的地方，提高在此前接触不到的位置处的石油的提取。实际上，预想的是，本专利技术可以完全消除对交替的盐水注入的需要，并且取而代之地利用大量已经在地层的孔隙空间中存在的盐水。另一方面，本专利技术提供一种CO2可溶的表面活性剂，其具有可预测地在多孔介质中形成泡沫的能力，用于当为了CO2的储存或螯合作用的目的将这样的CO2注入到地质地层中时控制流度和改进液体或超临界CO2的波及系数的目的。另一方面，本专利技术提供一种CO2可溶的表面活性剂，其具有独特的和增强的界面张力性质，显示不寻常的表面湿润活性，并且其是生物可降解的。本专利技术的另一方面是提供一种CO2可溶的表面活性剂，其是非离子性的，因此降低吸附在地层表面上的可能性，有效地减少井下所需的材料的量，并且减少化学注入的成本。此外，本专利技术包括以下认知：包含烃和脂族聚碳酸酯链的脂族聚碳酸酯衍生物是具有优良CO2溶解性的有效的表面活性剂。一方面，本专利技术包括具有作为表面活性剂的用途的脂族聚碳酸酯衍生物。在某些实施方案中，该衍生物具有式I：其中部分包含CO2与一种以上环氧化物的交本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面活性剂，所述表面活性剂包含脂族聚碳酸酯和通过氧原子连接的烃部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.26 US 61/869,9641.一种表面活性剂，所述表面活性剂包含脂族聚碳酸酯和通过氧原子连接的烃部分。
2.权利要求1所述的表面活性剂，所述表面活性剂包含下式的化合物：
其中部分包含CO2与一种以上环氧化物的交替共聚物；
部分包含饱和或不饱和烃；并且
–Y选自由以下各项组成的组：–H、任选取代的C1-12脂族的、任选取代的芳基、任选取代的
C1-12酰基、-SO2R、-SiR3和聚醚链，其中R在各个情况下独立地是任选取代的芳基或任选取代
的C1-12脂族的。
3.权利要求2所述的表面活性剂，其中部分包含具有以下结构的重复单元：
其中R1、R2、R3和R4在聚合物链中的各出现处独立地选自由以下各项组成的组：-H、氟、任
选取代的C1-40脂族基团、任选取代的C1-20杂脂族基团和任选取代的芳基，其中R1、R2、R3和R4中的任何两个或多个可以任选地被任何居间原子联系在一起，形成一个以上任选取代的任
选含有一个以上杂原子的环。
4.权利要求2所述的表面活性剂，其中部分源自二氧化碳与以下各项的共聚：环
氧乙烷、环氧丙烷、1,2环氧丁烷、2,3环氧丁烷、1,2环氧己烷、高级α烯烃(例如C7-40α烯烃)
的氧化物、丁二烯单环氧化物、表氯醇、缩水甘油的醚或酯、环戊烯氧化物、环己烯氧化物、3
乙烯基环己烯氧化物、3-乙基环己烯氧化物、柠檬烯氧化物或这些中任意两种或多种的组
合。
5.权利要求2所述的表面活性剂，所述表面活性剂具有式：
其中n是1至50的整数，并且
R1a在聚合物链中的各出现处独立地选自由以下各项组成的组：–H、-CH3、-CH2CH3、-
CH2Cl、-CH2ORx、-CH2OC(O)Rx和-(CH2)qCH3，其中各个Rx独立地是任选取代的选自由以下各项
组成的组的部分：C1-20脂族的、C1-20杂脂族的、3-至14-元碳环的、6-至10-元芳基、5-至10-元
杂芳基和3-至12-元杂环，并且q是2至40的整数。
6.5所述的表面活性剂，其中R1a在聚合物链中的各出现处独立地选自由以下各项组成
的组：–H、甲基和乙基。
7.权利要求6所述的表面活性剂，其中R1a在各出现处是甲基；或
其中R1a在各出现处是氢；或
其中R1a在各出现处是乙基。
8.权利要求5至7中任一项所述的表面活性剂，其中n在3至5之间；或
其中n在5至10之间；或
其中n在10至15之间；或
其中n在15至25之间；或
其中n在20至50之间。
9.权利要求2至8中任一项所述的表面活性剂，其中部分是饱和烃。
10.权利要求9所述的表面活性剂，其中所述饱和烃含有6至12个碳原子；或
其中所述饱和烃含有8至18个碳原子；或
其中所述饱和烃含有12至24个碳原子；或
其中所述饱和烃含有20至30个碳原子；或
其中所述饱和烃含有30至40个碳原子。

【专利技术属性】
技术研发人员：库尔特·麦克威廉斯，丹尼尔·T·普卢默，基普·D·夏普，斯科特·D·艾伦，克里斯托弗·A·赛诺梅尔，
申请(专利权)人：萨索尔化学品美国有限公司，诺沃梅尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US