正负离子表面活性剂混合体系性质及驱油作用研究

论文摘要

本文选取两种十分有代表性的阴阳离子表面活性剂混合物，十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和十二烷基硫酸钠（SDS）的混合水溶液体系。对其性质进行了深入系统的研究，包括混合体系的相行为、流变性、微观结构等，并开展了关于该混合体系在三次采油（EOR）中的应用研究。主要研究内容和结果如下：首先，SDS／CTAB／H2O混合体系具有复杂的相行为。组成的变化对混合体系相行为影响剧烈。在组成约为1∶3或3∶1时，体系发生分相，形成双水相（ATPS）。混合体系在一定组成下还能形成偏光相。在相图中这两个ATPS区和偏光区对称分布并且十分狭窄。电解质对混合体系相行为具有强烈的影响。它们能增大ATPS相区范围，改变相区位置。并且在一定范围内电解质浓度越大，相宽越大，位置偏移越大。尤其是一些离子半径较大，电子云变形性较大的小分子有机盐能极大地增加双水相的形成范围，改变ATPS区位置。第二，冷冻蚀刻电镜实验（FF-TEM）发现SDS／CTAB／H2O混合体系在不同组成下形成多种自组装结构。在ATPS区上相观察到了层状液晶结构，而下相为球状或棒状短胶束。这与流变实验发现的上相具有较大粘度相一致。在体系中还发现了六方和立方液晶结构。盐的加入能促使体系微观结构由短的胶束结构向三维有序的长程结构转变。第三，流变实验发现在混合体系的相图中存在两个粘度较高的区域。这两个高粘区与ATPS区或偏光区相对应，它们相互包括或部分重叠。电解质的加入能进一步增大混合体系高粘区的粘度，并且电解质的离子半径，浓度，结构等因素影响了增粘作用。实验发现了一种特殊的小分子有机盐，水杨酸钠（NaSal），它的加入使混合体系在较小浓度时就能具有三次采油用驱油剂所具备的粘度，使该体系作为一种新型的驱油剂成为可能。NaSal与SDS／CTAB混合物的相互作用复杂而且特殊，它能参与到SDS／CTAB有序组合体中，参与构建表面活性剂长程有序结构。第四，对疏水缔合聚合物（HM-Polymer）的合成和水溶液性质进行了研究。与正负离子表面活性剂混合体系相比，该体系虽然为高分子溶液，但是也同时具有与正负离子表面活性剂混合体系类似的高粘度，高活性，高耐盐性的特点。本文对这两种体系进行的比较，并进行了室内物理模拟驱油实验。这两种体系在一定程度上把看似矛盾的两种性质较好的统一起来，为进一步了解表面活性剂水溶液的性质及增大三次采油用驱油剂的选择范围提供了指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 正负离子表面活性剂混合体系的性质
• 1.1.1 正负离子表面活性剂混合体系简介
• 1.1.2 正负离子表面活性剂混合体系的自组装结构
• 1.2 正负离子表面活性剂混合双水相
• 1.2.1 双水相的发现
• 1.2.2 正负离子表面活性剂混合体系双水相
• 1.3 正负离子表面活性剂混合体系的应用
• 1.3.1 正负离子表面活性剂囊泡的应用
• 1.3.2 正负离子表面活性剂双水相的应用
• 1.3.3 正负离子表面活性剂混合体系在三次采油中的应用
• 1.4 疏水缔合聚合物的研究与应用
• 1.4.1 疏水缔合聚合物简介
• 1.4.2 疏水缔合聚合物研究现状
• 1.5 三次采油简介
• 1.5.1 三次采油化学驱简述
• 1.5.2 表面活性剂驱的历史和现状
• 1.5.3 聚合物驱简介
• 1.5.4 微观驱油机理
• 1.6 本课题的主要内容
• 第二章 正负离子表面活性剂混合体系性质研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 试剂与仪器
• 2.1.2 试验方法
• 2.2 正负离子表面活性剂混合体系的相行为
• 2.3 无机盐对混合体系相行为的影响
• 2.3.1 无机盐的浓度对双水相的影响
• 2.3.2 无机盐离子半径对双水相的影响
• 2.4 有机盐对混合体系相行为的影响
• 2.5 正负离子表面活性剂混合体系的流变性
• 2O混合体系的流变性'>2.5.1 SDS/CTAB/H₂O混合体系的流变性
• 2O体系粘度的影响'>2.5.2 无机盐对SDS/CTAB/H₂O体系粘度的影响
• 2.5.3 有机盐对ATPSc区粘度的影响
• 2.6 正负离子表面活性剂混合体系的微观结构
• 2.6.1 偏光现象研究
• 2.6.2 冷冻蚀刻电镜分析
• 2.7 本章小结
• 2O混合体系驱油性质研究'>第三章 SDS/CTAB/H₂O混合体系驱油性质研究
• 3.1 试验部分
• 3.2 特殊添加剂对 SDS/CTAB混合体系粘度的影响
• 3.2.1 添加剂的选择及对粘度的影响
• 3.2.2 表面活性剂浓度与粘度的关系
• 3.2.3 SDS/CTAB组成与粘度的关系
• 3.2.4 SDS/CTAB/NaSal的协同作用
• 3.3 SDS/CTAB混合体系的耐盐性
• 3.4 本章小结
• 第四章 疏水缔合聚合物与 SDS/CTAB混合体系性质比较研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 药品与仪器
• 4.1.2 疏水缔合聚合物合成原理
• 4.1.3 试验方法及步骤
• 4.1.4 产物性质的测定
• 4.2 疏水改性聚合物的流变性
• 4.2.1 HM-polymer粘度与浓度的关系
• 4.2.2 HMHEC水溶液的粘弹性
• 4.2.3 剪切对HMHEC的影响
• 4.2.4 高矿化度条件下HMHEC水溶液的粘度
• 4.3 表面活性剂与HMpolymer间的协同作用
• 4.4 HMHEC与SDS/CTAB混合体系的表界面活性研究
• 4.4.1 HMHEC与SDS/CTAB水溶液的表面张力
• 4.4.2 HMHEC与SDS/CTAB水溶液的界面张力
• 4.5 本章小结
• 第五章 室内物理模拟驱油试验
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 药品及仪器
• 5.1.2 实验原理
• 5.1.3 实验步骤
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 正负离子表面活性剂混合驱油体系
• 5.2.2 疏水缔合聚合物体系
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 发表论文情况