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新型双子（Gemini）表面活性剂的合成、性能测试及其在三次采油（EOR）中的应用研究

作　者: 褚奇
导　师: 梁渠；闫书一
学　校: 成都理工大学
专　业: 矿产资源化学
关键词: 阴离子Gemini表面活性剂油/水界面张力(IFT) ASP三元复合驱提高采收率
分类号: TQ423
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 522次
引　用: 3次
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内容摘要

提高水驱后剩余油采收率的三次采油技术研究,已成为油田开发后期加强油田开发的重要课题。上世纪80年代,碱/表面活性剂/聚合物(ASP)三元复合驱是在碱驱、表面活性剂驱和聚合物驱之上发展起来的三次采油技术,它是利用各驱油剂间的协同作用,不断提高洗油效率且扩大了驱替相的波及体积,从而大幅提高原油采收率的。选择合适的表面活性剂体系,将油/水界面张力(IFT)降低至10-3mN/m数量级是该技术应用的关键。但是,目前我国尚未开发出一种可以降低油/水IFT至超低水平的表面活性剂体系。国外公司开发的少量品种,虽然可以将油/水IFT降至超低水平,但是这些表面活性剂价格昂贵且无普适性,在使用过程中需要大量碱的协助,增加了使用成本。因此,开发一种高效、实用、廉价的表面活性剂具有重大意义。双子(Gemini)表面活性剂是一种新型的表面活性剂。与普通表面活性剂相比,它具有更高的表(界)面活性、低临界胶束浓度(cmc)和高效润湿性能等特点,这是目前三次采油中驱油用的任何一种表面活性剂所无法比拟的。本研究以双酚A、溴代烷(含碳数分别为10、12、14、16)、氯磺酸、三乙醇胺为主要原料,通过醚化反应、磺化反应和中和反应从而合成了一种阴离子型双醚双苯磺酸盐(DADPS)Gemini表面活性剂:2,2-二(4-烷氧基-3-苯磺酸三乙醇胺)丙烷,系统命名法:5,5’-(2,2-丙撑基)二[(2-烷氧基苯磺酸三(2-羟乙基)铵],并对合成的Gemini表面活性剂利用红外光谱进行了结构表征。通过对该系列Gemini表面活性剂的表面活性研究发现,其cmc为0.79~1.02 mol·L-1,表面张力(γcmc)为28.4~33.2 mN·m-1。Gemini表面活性剂降低油/水IFT的研究结果表明,在未添加任何助剂的情况下,可以将油/水IFT降低至10-3 mN·m-1的超低水平(DADPS-10除外),且维持时间较长;同时,Gemini表面活性剂表现出比普通表面活性剂更佳的与碱之间的协同效应,且可以在较宽的矿化度范围内维持超低的油/水IFT。利用接触角测定仪为评价工具,研究结果表明, Gemini表面活性剂可以将亲油砂岩表面(大约110°)改变为弱亲水表面(大约40°),其润湿能力高于普通阴离子型表面活性剂,但低于普通阳离子型表面活性剂;润湿能力随疏水链长度的增加而下降。采用静态法,在45℃下研究表面活性剂油砂表面的吸附,Gemini表面活性剂吸附性明显低于普通表面活性剂,且符合Langmuir等温吸附规律,NaOH和聚丙烯酰胺的加入可以进一步降低吸附量。阴离子Gemini表面活性剂的微观驱油过程研究结果表明,Gemini表面活性剂具有很高的驱油效率。根据实验过程和结果分析其驱油机理,主要包括降低油/水IFT,形成分子膜改变岩石表面润湿性等。由此可见,该阴离子型Gemini表面活性剂在三次采油领域具有良好的应用前景。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章引言  10-25
  1.1 Gemini 表面活性剂的研究进展  11-22
    1.1.1 Gemini 表面活性剂的发展  11-12
    1.1.2 Gemini 表面活性剂的结构、分类与合成  12-15
    1.1.3 Gemini 表面活性剂的理化特点  15-20
    1.1.4 Gemini 表面活性剂的应用研究  20-22
  1.2 阴离子 Gemini 表面活性剂应用于三次采油的可行性  22-24
  1.3 研究的内容及意义  24
  1.4 论文创新点  24-25
第二章 Gemini 表面活性剂的合成与表征  25-29
  2.1 Gemini 表面活性剂的合成  25-27
    2.1.1 试剂  25
    2.1.2 仪器  25-26
    2.1.3 合成原理及步骤  26-27
  2.2 阴离子双子表面活性剂的表征  27-29
第三章 Gemini 表面活性剂的物化性能研究  29-52
  3.1 Gemini 表面活性剂的表面活性  29-32
    3.1.1 表面张力的测定方法  30
    3.1.2 环法的基本原理  30
    3.1.3 表面活性的测定实验及结果  30-32
  3.2 Gemini 表面活性剂的油/水界面活性  32-39
    3.2.1 界面活性的测定方法  32
    3.2.2 旋转滴界面张力仪测量原理  32-33
    3.2.3 Gemini 表面活性剂的油/水IFT 的测定实验及结果  33-39
  3.3 Gemini 表面活性剂的润湿性  39-46
    3.3.1 润湿性基本理论  40-44
    3.3.2 润湿能力的测定实验及结果  44-46
  3.4 Gemini 表面活性剂的吸附性  46-52
    3.4.1 表面活性剂吸附原理  47-48
    3.4.2 吸附性的测定实验及结果  48-52
第四章 Gemini 表面活性剂应用于三次采油的实验研究  52-63
  4.1 ASP 三元复合体系中试剂筛选和浓度的确定  52-58
    4.1.1 碱及其浓度的确定  52-53
    4.1.2 聚合物及其浓度的确定  53-54
    4.1.3 表面活性剂体系及其浓度的确定  54-58
  4.2 岩心驱替实验  58-63
    4.2.1 ASP 三元复合驱替体系的配制  58
    4.2.2 实验步骤  58-63
结论与建议  63-65
  结论  63-64
  建议  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-76
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  76

新型双子（Gemini）表面活性剂的合成、性能测试及其在三次采油（EOR）中的应用研究

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