陰離子表面活性劑的合成與應(yīng)用

陰離子表面活性劑的合成與應(yīng)用

中國(guó)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型尚未完成，石化能源仍然是中國(guó)的主要能源主體。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)、快速發(fā)展，石油需求仍在繼續(xù)增加?，F(xiàn)在，中國(guó)大部分油田已經(jīng)進(jìn)入富產(chǎn)開(kāi)采期，油藏含水量非常高。如果使用水驅(qū)油，對(duì)原油的需求就會(huì)明顯，并且容易發(fā)生意想不到的混合。為了提高油藏采收率,延緩油藏見(jiàn)水、串層,很多油田采用了三次采油技術(shù)。三次采油技術(shù)在油藏施工又被稱為提高采收率方法,在油藏實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中通常是利用化學(xué)物質(zhì)來(lái)改善油、氣、水及巖石相互之間的性能,實(shí)現(xiàn)開(kāi)采出石油產(chǎn)量提高的一種采油技術(shù)。油田通常采用以下方法:注表面活性劑;注聚合物稠化水;注堿水驅(qū);注CO表面活性劑是指加入少量能使其溶液體系的界面狀態(tài)發(fā)生明顯變化的物質(zhì),常用的表面活性劑有非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、陽(yáng)離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑1表面活性劑膠束的形成機(jī)理磺酸鹽陰離子表面活性劑具有較強(qiáng)的水溶性,同時(shí)其去污能力、分散能力、抗硬水能力和耐酸堿穩(wěn)定性比其他表面活性劑更強(qiáng)。當(dāng)磺酸鹽溶解于水中時(shí),會(huì)形成膠束,這些膠束使得表面活性劑的粘度迅速變化。通常采用臨界膠束濃度來(lái)表征表面活性劑的形成膠束情況。表面活性劑分子在溶劑中締合形成膠束的最低濃度即為臨界膠束濃度表面活性劑膠束的形成是聚集放熱過(guò)程,當(dāng)溫度升高時(shí)必然會(huì)減弱膠束的形成,同時(shí)當(dāng)溫度升高,溶解中的分子活動(dòng)加劇,陰陽(yáng)離子間的靜電作用增強(qiáng),進(jìn)而對(duì)表面活性劑的粘度產(chǎn)生影響。無(wú)機(jī)鹽由于其溶解水中會(huì)發(fā)生電離,進(jìn)而會(huì)影響表面活性劑膠束的形成,進(jìn)而對(duì)其粘度產(chǎn)生影響,在進(jìn)行表面活性劑驅(qū)油時(shí),表面活性劑通常會(huì)接觸NaCl、CaCl等無(wú)機(jī)鹽。無(wú)機(jī)鹽對(duì)于表面活性劑粘度的影響,本文主要采用實(shí)驗(yàn)研究了NaCl對(duì)磺酸鹽陰離子表面活性劑的影響。有機(jī)鹽因?yàn)槠浼葥碛腥芙庥谒械年?yáng)離子,也有和表面活性劑相似相容的有機(jī)基團(tuán),其對(duì)表面活性劑溶液的粘度也有巨大的影響。2表面活性劑ds10-2-10粘度測(cè)試本文采用AntonPaarPhysicaMCR301流變儀,根據(jù)SY/T5107-2005水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法對(duì)磺酸鹽陰離子雙子表面活性劑DS10-2-10粘度進(jìn)行了測(cè)量,測(cè)量時(shí)采用的剪切速度為170s2.1溫度對(duì)ds10-2-10表面活性劑溶液粘度的影響通過(guò)流變儀,測(cè)量不同溫度下質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%磺酸鹽陰離子子表面活性劑DS10-2-10的粘度,研究溫度對(duì)其的影響(如圖1)。從圖1可以看出,溫度對(duì)DS10-2-10表面活性劑溶液的影響較大。溫度在60℃到80℃時(shí),溫度越高DS10-2-10表面活性劑溶液的粘度越低;溫度在80℃到95℃時(shí),DS10-2-10表面活性劑溶液的粘度緩慢降低。其中80℃為DS10-2-10表面活性劑溶液粘度變化速度的分界點(diǎn),溫度低于80℃時(shí),表面活性劑的粘度變化較快,溫度高于80℃時(shí),表面活性劑的變化趨于定值。2.2不同濃度下磺酸鹽表面活性劑的粘度通過(guò)配置濃度為1%,3%,5%,7%,9%,11%的磺酸鹽陰離子表面活性劑DS10-2-10表面活性,采用流變儀進(jìn)行測(cè)量其黏度,研究其黏度隨著濃度的變化。通過(guò)觀察不同濃度表面活性劑的黏度(如圖2)可得,當(dāng)磺酸鹽表面活性劑DS10-2-10濃度增加時(shí),其粘度增加。表面活性劑DS10-2-10的濃度為7%為分界點(diǎn),當(dāng)濃度小于7%時(shí),粘度的變化幅度受粘度的影響較大,當(dāng)濃度大于7%時(shí),濃度對(duì)于粘度的影響效果越來(lái)越小。2.3陰離子表面活性劑的復(fù)配陰離子表面活性劑的助劑常用的有無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)鹽和醇類物質(zhì)等,通過(guò)實(shí)驗(yàn)本文主要研究了NaCl、有機(jī)鹽苯甲酸鈉、正十二醇和十二烷基苯磺酸鈉對(duì)于陰離子表面活性劑的影響。2.3.1不同溫度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)表面活性劑黏度的影響利用實(shí)驗(yàn),研究了當(dāng)加入1%和4%的NaCl時(shí),不同溫度下的磺酸鹽表面活性劑DS10-2-10的黏度(如圖3),其中磺酸鹽表面活性劑的濃度為4%。根據(jù)圖3所示,可以發(fā)現(xiàn)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的NaCl對(duì)于表面活性劑黏度的影響大于加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的NaCl的表面活性劑;加入NaCl后,表面活性劑隨著溫度的升高黏度仍然是降低的,其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的NaCl時(shí),表面活性劑的黏度變化幅度更大;當(dāng)溫度相同時(shí),加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的NaCl后的表面活性劑的黏度高于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的NaCl后的表面活性劑的黏度;60℃時(shí),未加NaCl的表面活性劑的黏度為41.3mPa·s,而加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%和4%的NaCl后表面活性劑的濃度分別為14.2和3.7mPa·s,說(shuō)明加入無(wú)機(jī)鹽NaCl后,表面活性劑的耐溫性能減弱。2.3.2苯甲酸鈉對(duì)溶液粘度的影響利用相關(guān)原料配置一定濃度的苯甲酸鈉和DS10-2-10溶液,研究苯甲酸鈉對(duì)于DS10-2-10溶液的影響。本文采用實(shí)驗(yàn),向質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的磺酸鹽表面活性劑DS10-2-10溶液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%和3%的苯甲酸鈉,利用流變儀測(cè)量不同溫度下表面活性劑的粘度可得圖4所示曲線。根據(jù)圖4可以發(fā)現(xiàn),可以發(fā)現(xiàn)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%苯甲酸鈉對(duì)于表面活性劑黏度的影響大于加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%苯甲酸鈉的表面活性劑;加入苯甲酸鈉后,表面活性劑隨著溫度的升高黏度仍然是降低的,其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%苯甲酸鈉時(shí),表面活性劑的黏度變化幅度更大;當(dāng)溫度相同時(shí),加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%苯甲酸鈉后的表面活性劑的黏度高于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%苯甲酸鈉后的表面活性劑的黏度;60℃時(shí),未加苯甲酸鈉的表面活性劑的黏度為41.3mPa·s,而加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%和3%的苯甲酸鈉后表面活性劑的濃度分別為31.2和23.1mPa·s,說(shuō)明加入苯甲酸鈉后,表面活性劑的耐溫性能減弱。2.3.3正十二醇對(duì)磺酸鹽表面活性劑的影響通過(guò)配置4%的磺酸鹽表面活性劑DS10-2-10溶液,向質(zhì)量該溶液中加入3%正十二醇,通過(guò)流變儀測(cè)量表面活性劑的粘度,發(fā)現(xiàn)磺酸鹽表面活性劑DS10-2-10溶液溶液粘度發(fā)生顯著變化,如圖5所示。由加入正十二醇后表面活性劑隨著溫度的變化圖(圖5)可得出,正十二醇對(duì)于磺酸鹽表面活性劑的影響效果顯著;在60℃時(shí),加入正十二醇后,表面活性劑的粘度為146.7mPa·s,相比于不加助劑條件下的表面活性劑粘度有了較大幅度的提升。加入正十二醇后的表面活性劑隨著溫度的升高,粘度先快速下降,后粘度逐漸趨于定值。當(dāng)溫度高于80℃后,加入正十二醇的表面活性劑的粘度穩(wěn)定在40到45mPa·s之間,說(shuō)明其具有較好的耐溫性,同時(shí),相同溫度下的表面活性劑粘度,加入助劑后的表面活性劑的粘度也有較高的提升。2.3.4二烷基苯磺酸鈉對(duì)磺酸鹽表面活性劑溶液粘度的影響配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%十二烷基苯磺酸鈉,加入到4%的磺酸鹽雙子表面活性劑DS18-3-18溶液中,研究十二烷基苯磺酸鈉對(duì)于磺酸鹽陰離子表面活性劑粘度的影響。將不同溫度下,利用流變儀測(cè)量的粘度繪制成粘度變化圖(圖6)。由加入十二烷基苯磺酸鈉后表面活性劑隨著溫度的變化圖(圖6)可得出,十二烷基苯磺酸鈉對(duì)于磺酸鹽表面活性劑的影響效果顯著;在60℃時(shí),加入十二烷基苯磺酸鈉后,表面活性劑的粘度為146.7mPa·s,相比于不加助劑條件下的表面活性劑粘度有了較大幅度的提升。加入十二烷基苯磺酸鈉后的表面活性劑隨著溫度的升高,粘度先快速下降,后粘度逐漸趨于定值。加入十二烷基苯磺酸鈉的表面活性劑在溫度大于75℃后,其粘度趨于穩(wěn)定,說(shuō)明加入該助劑后,耐溫性能較好。同時(shí)加入助劑后,表面活性劑粘度增加,說(shuō)明十二烷基苯磺酸鈉具有一定的增粘作用。3磺酸鹽表面活性劑溶液的粘度本文通實(shí)驗(yàn)研究了溫度、濃度、助劑對(duì)于磺酸鹽表面活性劑粘度的影響,得到如下結(jié)論:磺酸鹽表面活性劑溶液隨著溫度的升高,其粘度逐漸下降