NPS-1石油磺酸盐及其性能研究

论文摘要

化学复合驱技术是一项重要的三次采油技术,是采用碱、表面活性剂和高分子聚合物之间的有机复合从而大幅度提高驱油效率。石油磺酸盐是一种以石油馏分油为原料合成的阴离子型表面活性剂,用作驱油剂具有界面活性强,与原油配伍性好,水溶性好的优点,一直受到广泛重视。石油磺酸盐由于原料油成分复杂,分子结构和组成极为复杂,结构和性能差异大。三次采油中所应用的表面活性剂应满足低界面张力、低吸附量才能达到提高采收率的目的,故开发具有高界面活性,低吸附损失的石油磺酸盐具有重要的实际意义。本论文采用单管降膜式反应器合成NPS-1石油磺酸盐,对产物的化学结构、组成进行分析表征,考察其表面张力、油水界面活性、在固体介质上的吸附性质等胶体界面化学性质及其影响因素,并进行岩心驱替实验。同时,本论文将NPS-1石油磺酸盐萃取分离为不同平均相对分子量的组分,考察各组分的组成结构及其界面化学性质,探讨石油磺酸盐的化学结构对界面化学性质及应用性能的影响机理,从而为研制高效、低成本的石油磺酸盐产品提供理论指导。研究结果表明:选取绥中36-1减二线、减三线馏分油为原料油,以气相SO3为磺化剂,采用膜式磺化工艺在优化工艺条件下合成的NPS-1石油磺酸盐产物收率及表面活性均较高,平均相对分子量适中,且具有较宽的平均相对分子量分布,适合用作三次采油驱油剂。将NPS-1石油磺酸盐分离为不同平均相对分子量的四组分,各组分的分子结构、界面化学性质及驱油性能显著不同。各组分复配所表现出的界面张力协同效应不同,协同效应与复配组分的分子结构、复配比例及油相等都有关系。NPS-1石油磺酸盐组分-煤油体系的油水界面张力值与ζ电位值之间存在一定的对照性。石油磺酸盐油水体系界面张力曲线的转折点为浓度0.0025g/mL处,即临界胶束浓度处,NaCl、NaOH和Na2CO3均可降低石油磺酸盐油水体系的界面张力;不同的醇对石油磺酸盐油水体系界面张力的影响不同;石油磺酸盐与其它表面活性剂间的协同作用具有选择性。NPS-1石油磺酸盐水溶液-煤油体系ζ电位绝对值随石油磺酸盐浓度的增大而先增大再减小,NaCl和Na2SO4可降低体系的ζ电位绝对值。NPS-1石油磺酸盐在孤岛地层砂上的静态吸附量在临界胶束浓度处达到最大值;其静态吸附量随着溶液pH值的升高而逐渐降低;不同种类电解质对其吸附损失的影响不同;HPAM在低浓度下能够增大石油磺酸盐的静态吸附量。针对胜利油田15-403井原油及胜利油田回注地层水,筛选得到最佳驱油剂配方为0.0010g/mLNPS-1+ 0.0040g/mL尼纳尔。按该配方配制的溶液使水驱采收率由38.1%提高至65.9%,具有较好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 选题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 石油磺酸盐的合成
• 1.2.2 石油磺酸盐基本性质的分析评价
• 1.2.3 石油磺酸盐界面化学性质的研究
• 1.2.4 石油磺酸盐在三次采油中的应用
• 1.3 课题的研究意义
• 1.4 论文的研究思路与主要内容
• 第二章 NPS-1 石油磺酸盐的优化合成
• 2.1 原料油的基本性质分析
• 2.1.1 主要仪器与设备
• 2.1.2 主要试剂与材料
• 2.1.3 实验方法
• 2.1.4 实验结果与讨论
• 2.2 石油磺酸盐的合成
• 2.2.1 反应原理
• 2.2.2 实验仪器及药品
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.4 合成工艺条件考察
• 2.3 优化工艺条件下的物料衡算及石油磺酸盐的表面张力值
• 2.3.1 优化工艺条件下的物料衡算
• 2.3.2 优化工艺条件下合成的NPS-1 石油磺酸盐的表面张力
• 2.4 本章小结
• 第三章 NPS-1 石油磺酸盐的组成分析与结构表征
• 3.1 NPS-1 石油磺酸盐产物的组成分析
• 3.1.1 实验仪器及试剂
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.3 NPS-1 石油磺酸盐的组成分析结果
• 3.2 NPS-1 石油磺酸盐平均相对分子量及其分布的测定
• 3.2.1 两相滴定法测定平均相对分子量
• 3.2.2 电喷雾质谱法测定平均相对分子量及其分布
• 3.3 NPS-1 石油磺酸盐产物的红外光谱分析
• 3.4 NPS-1 石油磺酸盐分子结构的测定
• 3.4.1 实验仪器及测定条件
• 3.4.2 实验方法
• 3.4.3 结果与讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 NPS-1 石油磺酸盐组分的结构与性能关系研究
• 4.1 研究内容及方法
• 4.1.1 石油磺酸盐的组分分离
• 4.1.2 石油磺酸盐各组分平均相对分子量的测定
• 4.1.3 石油磺酸盐各组分分子结构的分析表征
• 4.1.4 石油磺酸盐各组分表面张力及CMC 值的测定
• 4.1.5 石油磺酸盐各组分界面张力的测定
• 4.1.6 石油磺酸盐各组分ζ电势的测定
• 4.1.7 石油磺酸盐各组分在地层砂上吸附量的测定
• 4.1.8 石油磺酸盐各组分驱油效率的测定
• 4.2 实验结果及讨论
• 4.2.1 NPS-1 各组分的平均相对分子量及分子结构
• 4.2.2 NPS-1 各组分的表面张力、CMC值
• 4.2.3 NPS-1 石油磺酸盐各组分的界面张力
• 4.2.4 NPS-1 石油磺酸盐各组分的ζ电势
• 4.2.5 NPS-1 石油磺酸盐各组分在地层砂上的吸附量
• 4.2.6 NPS-1 石油磺酸盐各组分的室内模拟驱油实验结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 NPS-1 石油磺酸盐油水界面化学性质的研究
• 5.1 NPS-1 石油磺酸盐的界面活性及影响因素研究
• 5.1.1 不同浓度石油磺酸盐水溶液的界面张力
• 5.1.2 不同盐浓度下石油磺酸盐水溶液的界面张力
• 5.1.3 碱对石油磺酸盐水溶液油水界面张力的影响
• 5.1.4 醇对石油磺酸盐水溶液油水界面张力的影响
• 5.1.5 石油磺酸盐与其它表面活性剂复配的界面张力
• 5.2 NPS-1 石油磺酸盐的界面电化学性质及影响因素研究
• 5.2.1 石油磺酸盐浓度对体系ζ电位的影响
• 5.2.2 无机盐对体系ζ电位的影响
• 5.2.3 碱对体系ζ电位的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 NPS-1 石油磺酸盐在固体表面的吸附性质研究
• 6.1 NPS-1 石油磺酸盐在地层砂上静态吸附的研究
• 6.1.1 吸附剂的制备
• 6.1.2 NPS-1 石油磺酸盐在地层砂上静态吸附测定条件的确定
• 6.1.3 NPS-1 石油磺酸盐在地层砂上吸附等温线的测定
• 6.1.4 pH 值对NPS-1 石油磺酸盐吸附量的影响
• 6.1.5 添加剂对NPS-1 石油磺酸盐吸附量的影响
• 6.2 NPS-1 石油磺酸盐在地层砂上动态吸附的研究
• 6.2.1 岩心的制备及孔隙度的测定
• 6.2.2 NPS-1 石油磺酸盐在地层砂上动态吸附测定条件的确定
• 6.2.3 NPS-1 石油磺酸盐的动态吸附及电解质对其吸附的影响
• 6.3 本章小结
• 第七章 NPS-1 石油磺酸盐驱油性能的考察
• 7.1 油相的基本性质分析
• 7.1.1 油相的脱水
• 7.1.2 油相密度的测定
• 7.1.3 油相粘度的测定
• 7.1.4 油相酸值的测定
• 7.1.5 油相族组成的测定
• 7.1.6 油相基本性质分析数据
• 7.2 地层水的基本性质分析
• 7.3 胜利油田孤岛原油驱油配方的筛选
• 7.3.1 尼纳尔的合成与理化性质分析
• 7.3.2 驱油配方的筛选
• 7.4 NPS-1 石油磺酸盐的室内模拟驱油实验
• 7.4.1 岩心的制备及其物性测定
• 7.4.2 室内模拟驱油实验
• 7.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 个人简历