Preparation of Deep Eutectic Solvents for Making an Oil-Displacing Composition Based on Tetrahydroxy Alcohol, Carbamide, Quaternary Ammonium Salt, and a Surfactants
Authors: ШОЛИДОДОВ М.Р. , САЙДЕНЦАЛЬ А.Р. , АЛТУНИНА Л.К. , КОЗЛОВ В.В. , КУВШИНОВ В.А. , СТАСЬЕВА Л.А. , МУСТАФИН Р.Н. 
Published: July 2024

Синтезированы и исследованы бинарные системы глубоких эвтектических растворителей (ГЭР): “четырехатомный спирт – соль четвертичного аммониевого основания” (ГЭР1), “четырехатомный спирт – карбамид” (ГЭР2), “соль четвертичного аммониевого основания – карбамид” (ГЭР3), и тройная система “четырехатомный спирт – соль четвертичного аммониевого основания – карбамид” (ГЭР4). Эвтектические составы бинарных систем характеризуются существенно более низкими температурами застывания/плавления по сравнению с исходными компонентами. Самое низкое значение температуры среди бинарных смесей наблюдается для эвтектического состава ГЭР3. Тройная система ГЭР4обладает еще более низкой температурой плавления (–14 °С), что связано с образованием межмолекулярных донорно-акцепторных водородных связей внутри системы. На основе ГЭР4 был приготовлен водный раствор с концентрацией 26 мас. % и определен его водородный показатель в зависимости от температурных условий приготовления. При комнатной температуре pH трехкомпонентного ГЭР составляет 6.6–7.1, а после термостатирования в течение 6 ч при 150 °С увеличивается до 9.2 за счет гидролиза карбамида. Предполагается, что в дальнейшем при использовании ГЭР4в качестве основы щелочной нефтевытесняющей композиции непосредственно в пласте, под действием температуры закачиваемого теплоносителя образуется СО2 и аммиачная буферная система с максимальной буферной емкостью в интервале рН 9–10. Образовавшийся углекислый газ, растворяясь преимущественно в нефти, будет приводить к снижению ее вязкости, с одной стороны, а сформированная щелочная среда, являясь наиболее благоприятной для работы поверхностно-активных веществ за счет снижения межфазного натяжения и разжижения высоковязких слоев или пленок на границах “нефть – вода – порода”, с другой – обеспечат эффективное применение такой системы для нефтевытеснения. Кроме того, нефтевытесняющая композиция на основе ГЭР4 будет низкозастывающей, что открывает возможности ее транспортировки и применения в условиях северных регионов и Арктической зоны.

The binary systems of deep eutectic solvents (DESs) have been synthesised and investigated: tetraxydroxy alcohol – a salt of a quaternary ammonium base (DES1), tetrahydroxy alcohol – carbamide (DES2), a salt of a quaternary ammonium base – carbamide (DES3), and the ternary system tetrahydroxy alcohol – a salt of a quaternary ammonium base – carbamide (DES4). Eutectic compositions of binary systems DES1, DES2and DES3are characterised by significantly lower pour/melting points than those of the initial components. The lowest pour point among the binary mixtures is that of eutectic composition DES3. The ternary system is characterised by an even lower pour point (-14 °C), which is associated with the formation of intermolecular donor-acceptor hydrogen bonds within the system. An aqueous solution of DES4with the concentration of 26 wt% was prepared, and its pH value was determined depending on temperature during preparation. At room temperature, pH of three-component DES is 6.6–7.1, but after thermostating for 6 h at 150 °C pH increases to 9.2 due to carbamide hydrolysis. It is assumed that further on, using DES4as the basis for an alkaline oil-displacing composition directly in the reservoir, under the influence of the temperature of injected heat carrier, CO2is formed, along with the ammonia buffer system with the maximal buffer capacity within the pH range 9–10. Resulting carbon dioxide, dissolving predominantly in oil, will cause a decrease in its viscosity, on the one hand, while the formed alkaline medium, being most favourable for surfactant performance due to a decrease in interfacial tension, liquefaction of high-viscosity layers or films at the oil-water-rock boundaries, on the other hand, will ensure efficient use of this system for oil displacement. In addition, the oil-displacing composition based on DES4will be low-solidifying, which opens the possibility of its transportation and use in the northern regions and the Arctic zone.