阴离子表面活性剂蠕虫状胶束的流变性质及三次采油驱油剂的应用研究

论文摘要

论文前两章讨论研究了阴离子表面活性剂蠕虫状胶束的流变性质。表面活性剂聚集体的流变性质与体系微观结构及内部基团间的相互作用有直接关系，在表面活性剂的基础理论和实际应用方面都有十分重要的研究价值。本文主要研究了阴离子表面活性剂油酸钠（NaOA）／无机电解质磷酸钠（Na3PO4）形成的蠕虫状胶束体系的流变性质，包括表面活性剂浓度、电解质浓度、温度、低分子量醇、正构烷烃、无机盐、油田水质矿化度、聚合物等因素对体系流变性质的影响。从理论上丰富了表面活性剂流变性质的研究，为拓宽阴离子表面活性剂在工业中的应用，特别是在石油开采领域的应用，提供了重要的理论基础。从考察阴离子表面活性剂NaOA在无机电解质Na3PO4存在时的剪切粘度变化入手，通过冷冻蚀刻透射电镜和流变实验，证实了NaOA／Na3PO4体系在合适的表面活性剂和电解质浓度时可以形成蠕虫状胶束。NaOA／Na3PO4蠕虫状胶束体系为假塑性流体，没有屈服应力现象，基本符合Cox-Merz规则。较低的剪切速率时，体系剪切粘度变化不明显；剪切速率较高时，胶束网络结构被破坏而使剪切粘度下降。蠕虫状胶束体系的储能模量和损耗模量曲线在一定振荡频率时相交。低频时损耗模量较大，粘性较强；而高频时储能模量较大，弹性较强。体系的动态粘弹性基本符合Maxwell模型。进一步考察其它因素对体系流变性质的影响发现：随温度升高，体系剪切粘度下降，粘度越大的体系剪切流动活化能越小。低分子量的醇和正辛烷的加入都会使表面活性剂的堆积因子Rp减小，胶束由蠕虫状向球状转变，剪切粘度下降。结合在三次采油中的实际应用，考察钠盐，镁盐浓度以及油田水质矿化度对蠕虫状胶束体系的影响。结果表明，随溶液矿化度的增大，体系剪切粘度有所下降，但并不显著，说明较高的矿化度对NaOA／Na3PO4体系的胶束结构和流变性质影响不大。部分水解聚丙稀酰胺（HPAM）由于本身带负电荷与油酸根离子具有较强的排斥作用，所以HPAM的加入会一定程度上抑制胶束的生长及网络结构的形成，使剪切粘度降低。HPAM浓度较大时，剪切粘度又会明显上升。论文第三章针对胜利油田孤岛原油，对三次采油驱油剂的筛选和应用作了较系统全面的研究。通过油水界面张力测定实验和室内模拟驱油实验发现，美国Dow化学公司的系列驱油剂均不能使孤岛油田原油的油水界面张力达到超低，并不适合在孤岛油田的采油应用。改性天然羧酸盐表面活性剂HF-2以及双子羧酸盐表面活性剂C18与复碱形成的驱油体系，不仅能使油水界面张力降至超低，同时具有很好的驱油效果，能较有效地驱出一次水驱后的残余油。以蠕虫状胶束流变性质的研究为理论基础，我们把蠕虫状胶束体系应用于三次采油。此驱油体系中不含有聚合物，既能提高洗油效率，又能提高波及系数。室内模拟驱油实验结果表明，该体系驱油效率基本均超过20％，说明蠕虫状胶束体系用作驱油剂，在三次采油中的确具有很好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 表面活性剂聚集体缔合结构的流变性质
• 1 前言
• 2 流变学基础知识简介
• 2.1 流体类型
• 2.2 流体的粘弹性
• 2.3 Maxwell模型
• 3 表面活性剂缔合结构的流变性质
• 3.1 蠕虫状胶束的流变性质
• 3.2 溶致液晶的流变性质
• 3.3 囊泡的流变性质
• 4 结束语
• 参考文献
• 第二章 油酸钠/磷酸钠体系蠕虫状胶束的形成及其流变性质
• 1 前言
• 2 实验部分
• 2.1 药品与仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 流变性质测量
• 2.2.2 冷冻蚀刻透射电镜
• 3 结果与讨论
• 3PO₄体系蠕虫状胶束的形成及其流变性质'>3.1 NaOA/Na₃PO₄体系蠕虫状胶束的形成及其流变性质
• 3.1.1 蠕虫状胶束的形成
• 3.1.2 蠕虫状胶束的稳态流变性质
• 3.1.3 蠕虫状胶束的动态粘弹性
• 3.1.4 Cox-Merz规则
• 3.1.5 Cole-Cole图
• 3.2 电解质影响阴离子表面活性剂聚集体微观结构的理论分析
• 3PO₄体系流变性质的影响'>3.3 温度对NaOA/Na₃PO₄体系流变性质的影响
• 3PO₄体系流变性质的影响'>3.4 低分子量醇对NaOA/Na₃PO₄体系流变性质的影响
• 3PO₄体系流变性质的影响'>3.5 正辛烷对NaOA/Na₃PO₄体系流变性质的影响
• 3PO₄体系流变性质的影响'>3.6 矿化度对NaOA/Na₃PO₄体系流变性质的影响
• 3PO₄体系流变性质的影响'>3.7 HPAM对NaOA/Na₃PO₄体系流变性质的影响
• 4 结论
• 参考文献
• 第三章 三次采油驱油剂的应用研究
• 1 三次采油的基本原理及发展现状
• 1.1 三次采油简介
• 1.2 三次采油的基本原理
• 1.2.1 原油被圈捕的原因
• 1.2.2 提高采收率的途径
• 1.3 三次采油的发展现状
• 1.3.1 三次采油方法的发展
• 1.3.2 我国三次采油的现状
• 2 三次采油驱油剂的应用研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 药品与仪器
• 2.1.2 实验方法
• 2.1.2.1 界面张力测量
• 2.1.2.2 室内模拟驱油实验
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 对美国Dow化学公司三次采油驱油剂的考察
• 2.2.2 对改性天然羧酸盐表面活性剂HF-2的应用研究
• 2.2.2.1 天然羧酸盐表面活性剂的特点及优势
• 2.2.2.2 改性HF-2的界面活性研究
• 2.2.2.3 改性HF-2的室内模拟驱油实验
• 2.2.3 对双子羧酸盐表面活性剂C18的应用研究
• 2.2.3.1 双子C18对孤岛稀油的应用研究
• 2.2.3.2 双子C18对孤岛稠油的应用研究
• 2.2.4 对蠕虫状胶束体系作驱油剂的应用研究
• 2CO₃体系的室内模拟驱油实验'>2.2.4.1 NaOA/Na₂CO₃体系的室内模拟驱油实验
• 3PO₄体系的室内模拟驱油实验'>2.2.4.2 NaOA/Na₃PO₄体系的室内模拟驱油实验
• 2.2.4.3 NaOA/NaOH/NaCl体系的室内模拟驱油实验
• 2.3 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表