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泡沫复合驱模拟体系界面扩张粘弹与泡沫性质研究

作　者: 张春荣
导　师: 赵濉；张路
学　校: 中国科学院研究生院（理化技术研究所）
专　业: 物理化学
关键词: 表面扩张模量界面扩张粘弹性泡沫稳定性
分类号: TE39
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文针对泡沫复合驱油过程中特殊的界面现象,采用小幅周期振荡方法和界面张力弛豫方法,系统研究了泡沫复合驱模拟体系各组分气-液界面膜的扩张粘弹性质,考察了不同种类表面活性物质及聚合物的界面行为,并对体系的泡沫性能进行评价,重点探讨了界面膜的扩张粘弹参数与泡沫稳定性的关联。本研究可为泡沫驱提高石油采收率技术的开发提供必要的理论依据,主要研究内容和取得的主要成果如下:(1)非离子表面活性剂的扩张粘弹和泡沫性质研究了三个系列的非离子表面活性剂:辛基酚聚氧乙烯醚(Triton X)、壬基酚聚氧乙烯醚(NP)、烷基醇聚氧乙烯醚(15-S)在气-液界面上的扩张粘弹性质,考察了随亲水基EO个数变化和溶液浓度变化时界面扩张粘弹参数的变化规律;用Ross-Miles法测定了三个系列表面活性剂的泡沫性能,初步探讨了界面扩张模量和泡沫稳定性的关联。研究结果表明,随着氧乙烯数的增长,表面膜表现出较大的模量和较强的弹性,这是由于较长的氧乙烯链在表面上的形态变化产生较慢的弛豫过程造成的。并发现在CMC浓度下NP系列和15-S系列表面活性剂的泡沫半衰期均在模量较高时达到最大。泡沫稳定性与溶液的扩张模量之间密切相关。(2)非离子表面活性剂与SDBS复配体系的扩张粘弹性质和泡沫性质研究了非离子表面活性剂TX-100和TX-305与阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)复配体系的气-液界面扩张粘弹性质,考察了体系的界面扩张粘弹参数随表面活性剂组分的摩尔比不同的变化规律;用Ross-Miles法测定了体系的泡沫性能,进一步探讨了扩张模量和表面膜弹性与泡沫稳定性的关联机理。研究结果表明,表面张力并不是影响起泡性能和泡沫稳定性的单一决定因素,在本文的实验体系中,泡沫膜的稳定性与表面弹性有直接的联系。(3)十二烷基苯磺酸钠与有机添加剂混合体系的扩张粘弹和泡沫性质研究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与各种有机添加剂间的相互作用,包括:醇类(乙醇、正丁醇、十二醇和十六醇),酯类(月桂酸甲酯和油酸甲酯),考察了不同添加剂对体系扩张模量的影响规律;用Ross-Miles法测定了体系的泡沫性能,结合扩张粘弹参数从界面膜的结构变化入手探讨了泡沫稳定性变化机理。实验结果发现,添加适量的十六醇能够增加SDBS溶液的泡沫稳定性,这可能由于链长较匹配的原因使液膜更加稳定,结合扩张粘弹参数从界面膜的结构变化方面探讨了泡沫稳定性机理。(4)表面活性剂与聚合物混合体系的扩张粘弹和泡沫性质以采油常用的模型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和非离子表面活性剂TX-100为主要研究对象,利用气流法测定了两种表面活性剂溶液以及添加聚合物后混合体系的泡沫性能,对比了两种不同的聚合物:超高分子量聚丙烯酰胺MO-4000(即部分水解聚丙烯酰胺HPAM)和疏水缔合水溶性聚丙烯酰胺(HMPAM)对表面活性剂发泡能力和泡沫稳定性的影响;考察了加入聚合物后体系的界面扩张粘弹性质的变化趋势。实验结果发现,加入聚合物能够强烈的影响表面活性剂溶液的界面扩张粘弹和泡沫性质。

全文目录

中文摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-51
  1.1 课题研究背景  11-18
    1.1.1 泡沫复合体系驱油的基本原理  11-12
    1.1.2 泡沫驱  12-15
    1.1.3 聚合物增强泡沫  15-17
    1.1.4 泡沫复合驱  17-18
  1.2 泡沫剂发泡和稳泡的相关机理  18-28
    1.2.1 起泡性能  18-20
    1.2.2 泡沫稳定性  20-28
  1.3 表面活性剂结构与泡沫性能的关系  28-30
    1.3.1 极性基的影响  28-29
    1.3.2 非极性基的影响  29-30
    1.3.3 特殊功能团的影响  30
  1.4 提高泡沫性能的途径  30-32
  1.5 强化采油领域的界面扩张性质研究  32-36
  1.6 课题的提出与主要研究方向  36-39
  参考文献  39-51
第二章实验方法与测量仪器  51-62
  2.1 界面扩张粘弹性质的测量  51-57
    2.1.1 实验方法  51-54
    2.1.2 测量仪器  54-55
    2.1.3 实验步骤与数据处理  55-57
  2.2 表面活性剂发泡力的测定  57-60
    2.2.1 实验方法  57
    2.2.2 实验仪器  57-60
    2.2.3 实验步骤  60
  参考文献  60-62
第三章非离子表面活性剂的扩张粘弹性和泡沫性质研究  62-101
  3.1 前言  62-63
  3.2 实验样品及试剂  63-64
  3.3 实验方法  64-65
  3.4 结果与讨论  65-99
    3.4.1 辛基苯酚聚氧乙烯醚表面扩张粘弹性质的研究  65-75
      3.4.1.1 辛基苯酚聚氧乙烯（10）醚（TX-100）表面扩张粘弹性质的研究  65-68
      3.4.1.2 辛基苯酚聚氧乙烯（12）醚（TX-102）表面扩张粘弹性质的研究  68-69
      3.4.1.3 辛基苯酚聚氧乙烯（16）醚（TX-165）表面扩张粘弹性质的研究  69-71
      3.4.1.4 氧乙烯数对辛基苯酚聚氧乙烯醚表面扩张粘弹性质的影响  71-74
      3.4.1.5 本节结论  74-75
    3.4.2 壬基苯酚聚氧乙烯醚表面扩张粘弹性质的研究  75-85
      3.4.2.1 壬基苯酚聚氧乙烯（8）醚（NP-8）的表面扩张粘弹性质  75-78
      3.4.2.2 壬基苯酚聚氧乙烯（10）醚（NP-10）的表面扩张粘弹性质  78-80
      3.4.2.3 壬基苯酚聚氧乙烯（12）醚（NP-12）的表面扩张粘弹性质  80-81
      3.4.2.4 氧乙烯数对壬基苯酚聚氧乙烯醚表面扩张粘弹性质的影响  81-84
      3.4.2.5 本节结论  84-85
    3.4.3 烷基醇聚氧乙烯醚表面扩张粘弹性质的研究  85-94
      3.4.3.1 烷基醇聚氧乙烯（7）醚（15-S-7）的表面扩张粘弹性质  85-87
      3.4.3.2 烷基醇聚氧乙烯（12）醚（15-S-12）的表面扩张粘弹性质  87-89
      3.4.3.3 烷基醇聚氧乙烯（20）醚（15-S-20）的表面扩张粘弹性质  89-91
      3.4.3.4 氧乙烯数对烷基醇聚氧乙烯醚表面扩张粘弹性质的影响  91-93
      3.4.3.5 本节结论  93-94
    3.4.4 三系列非离子表面活性剂的泡沫性能研究以及与相关表面扩张粘弹性质的联系  94-98
    3.4.5 小结  98-99
  参考文献  99-101
第四章阴-非离子表面活性剂复配体系的界面扩张粘弹和泡沫性质的研究  101-114
  4.1 引言  101-102
  4.2 实验样品及试剂  102
  4.3 实验仪器与方法  102-103
  4.4 结果与讨论  103-112
    4.4.1 十二烷基苯磺酸钠的表面张力及扩张粘弹性质的测定  103-105
    4.4.2 辛基苯酚聚氧乙烯醚TX-100 和TX-305 与SDBS 复配体系得界面扩张粘弹性质及相关泡沫性能  105-111
    4.4.3 小结  111-112
  参考文献  112-114
第五章十二烷基苯磺酸钠与不同添加剂相互作用的研究  114-125
  5.1 引言  114-115
  5.2 实验样品及试剂  115
  5.3 实验仪器及方法  115
  5.4 结果与讨论  115-125
    5.4.1 醇类与十二烷基苯磺酸钠（SDBS）混合体系的表面扩张粘弹性质和泡沫性能  115-121
      5.4.1.1 短链醇的影响  115-118
      5.4.1.2 长链醇的影响  118-121
    5.4.2 长链醇类与十二烷基苯磺酸钠（SDBS）混合体系的表面扩张粘弹性质和泡沫性能  121-123
    5.4.3 小结  123-124
    参考文献  124-125
第六章表面活性剂体系与聚合物相互作用及泡沫性能的研究  125-138
  6.1 引言  125-127
  6.2 实验部分  127-129
    6.2.1 实验方法  127
    6.2.2 实验仪器与试剂  127-128
    6.2.3 实验步骤  128-129
  6.3 实验结果与讨论  129-135
    6.3.1 Ross-Miles 法和气流法的比较  129
    6.3.2 添加聚合物体系的泡沫性能和界面扩张粘弹性质  129-135
  6.4 本章小结  135-136
  参考文献  136-138
第七章结论与展望  138-140
博士期间发表文章目录  140-143
致谢  143-144

泡沫复合驱模拟体系界面扩张粘弹与泡沫性质研究

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