随着油藏开发的不断深入,三元复合驱（碱/表面活性剂/聚合物）成为最有潜力的提高采收率技术之一。然而碱的加入会造成设备的结垢、管线的腐蚀和地层渗透率降低等不利影响,同时考虑到勘探开发逐渐向高温高盐油藏发展,合成出新型无碱驱耐温抗盐表面活性剂具有重要的意义。本文设计合成了两类新型芳基甜菜碱表面活性剂,同时系统研究了系列甜菜碱表面活性剂的理化性质和应用性能,为丰富新型芳基甜菜碱的认知和探索其应用于三次采油提供基础数据支持。首先,以2,6-二甲基苯酚为原料,经过Williamson醚化反应,Blanc氯甲基化反应,季铵化反应合成两类新型芳基甜菜碱型表面活性剂（BCBn和BSBn）。通过HPLC、1H-NMR、13C-NMR和FT-ICR MS对合成产物进行表征。合成的BCBn和BSBn纯度在95%以上。其次,系统研究了4种不同系列的甜菜碱表面活性剂的热重分析、表面性能、热力学性质、聚集体微极性和胶束自组装形态等理化性质。研究表明:甜菜碱表面活性剂的热稳定性与疏水基和亲水基的类型相关,疏水基中引入苯环能提高甜菜碱的热分解温度。BCBn和BSBn的热分解温度分别为197和245°C。芳基甜菜碱表面活性剂的临界胶束浓度（cmc）和表面张力（γ）均随碳链长度的增加而显著降低,并且表面活性优于十二烷基甜菜碱表面活性剂(ACB12和ASB12)。p C20和cmc/C20值均随碳链长度的增加而增加,说明长碳链芳基甜菜碱具有更高的降低表面张力的效率以及更强的界面吸附能力。芳基甜菜碱表面活性剂的和m均为负,说明甜菜碱表面活性剂在气/液界面上的吸附和在溶液中的胶束化均为自发行为。通过DLS和cryo-TEM研究甜菜碱表面活性剂在溶液中的聚集形态,结果表明:ACB12和ASB12在研究浓度范围内只能形成球状胶束,而BCBn和BSBn能自组装形成囊泡结构,并且随着表面活性剂浓度的增加,囊泡粒径不断增大。通过粗粒化分子动力学模拟验证了实验结果。同时研究囊泡形成机理,发现苯环的引入能增大疏水基在溶液中的暴露面积,有利于胶束进一步卷曲融合形成囊泡结构。最后,系统测试了系列甜菜碱表面活性剂的长期热稳定性、耐温抗盐性,静态吸附性、润湿性和驱油效率等应用性能。通过研究表面活性剂浓度、温度和盐浓度对界面张力的影响,结果表明BCBn（n=10,12和14）和BSBn（n=10和12）在不加碱时能与新疆原油达到超低界面张力。最低界面张力(IFTmin)随温度升高呈现先降低后升高的趋势,同时到达IFTmin的时间缩短。BCBn和BSBn对Na Cl的耐受性在10%以上。在Ca Cl2和Mg Cl2的浓度高达0.5%和0.2%时,油/水界面张力仍然能达到超低界面张力水平。同时BCB10和BSB10在120°C下老化30 d界面张力能维持在10–3 m N/m水平。因而系列芳基甜菜碱表面活性剂具有良好的耐温抗盐性能。BCB10和BSB10对石蜡膜的润湿性最好,最低接触角值分别为25.19°和31.89°。芳基甜菜碱表面活性剂在石英砂上的最大吸附量处于0.6～0.75 mg/g之间。岩心驱替实验结果表明ACB12和ASB12提高采收率分别为3.38%和3.2%,而BCBn和BSBn由于具有更低的界面张力和更好的润湿性,因而采收率达到4.73～6.49%。