表面活性剂发泡特性及影响因素研究

摘要： 采用改进的Ross-Miles法研究了3种十七烷基芳基磺酸盐表面活性剂（C17-2S、C17-6S、C17-8S）的泡沫性能,重点考察了表面活性剂分子结构、质量浓度、温度、氯化钠对它们的泡沫性能的影响。结果表明,随表面活性剂分子结构中苯环向烷基链中心移动,表面活性剂的泡沫性能变好。随表面活性剂质量浓度的增大,起泡能力增强,当浓度达到1g/L时,发泡高度不再随浓度增大而改变,而是趋于一个稳定值。半衰期也随浓度增大而先下降,达到最低点后又回升到某一稳定值。温度升高,表面活性剂的起泡性能增强;稳泡性能减弱。有盐存时表面活性剂的起泡性能变差,随氯化钠浓度的升高泡沫高度一直下降。     

泡沫特性的研究

本文对石油磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠两种起泡剂的起泡性和泡沫半衰期作了研究。结果表明:随着起泡剂浓度的增加,起泡高度和泡沫半衰期也增大,当达到一最大值后,又随浓度的增加而降低;升高一定温度,起泡高度增大,泡沫半衰期减小。在泡沫配制液中加入固泡剂明胶和增粘剂 CMC 后,可使泡沫的稳定性显著提高。三相泡沫的稳定性远大于两相泡沫。     

抗高温发泡体系的研制及性能评价

目前随着油气钻探井深的增加,泡沫钻井液的抗温性成为泡沫钻井的限制条件之一。不同类型表面活性剂之间存在协同增效作用,因此可通过表面活性剂之间的复配实现泡沫性能的稳定提升。笔者选用了6种表面活性剂,确定最佳发泡浓度是0.6%,以泡沫综合值为泡沫性能指标,对泡沫性能较好的4种表面活性剂进行了耐盐性能、抗温性能评价。实验表明,十二烷基二甲基氧化铵（OA）随盐度的增加,泡沫综合值曲线变化平稳,耐盐性较好;α-烯烃磺酸钠（AOS）在100℃以上时泡沫综合值较高,耐温能力较好。再对AOS和OA以不同浓度比例复配,得到2者最佳配比是4：1,复配体系最佳发泡浓度为0.4%。通过BZY-1表面张力仪对复配体系评价,表明复配发泡剂表面张力值随温度升高而降低,复配发泡剂体系更加稳定;抗温性评价表明复配体系在150℃以下时协同作用明显,耐温性效果较好,在100℃时泡沫综合值可以达到21.96×104 mL ·s。     

抗高温发泡体系的研制及性能评价

目前随着油气钻探井深的增加,泡沫钻井液的抗温性成为泡沫钻井的限制条件之一。不同类型表面活性剂之间存在协同增效作用,因此可通过表面活性剂之间的复配实现泡沫性能的稳定提升。笔者选用了6种表面活性剂,确定最佳发泡浓度是0.6%,以泡沫综合值为泡沫性能指标,对泡沫性能较好的4种表面活性剂进行了耐盐性能、抗温性能评价。实验表明,十二烷基二甲基氧化铵（OA）随盐度的增加,泡沫综合值曲线变化平稳,耐盐性较好;α-烯烃磺酸钠（AOS）在100℃以上时泡沫综合值较高,耐温能力较好。再对AOS和OA以不同浓度比例复配,得到2者最佳配比是4:1,复配体系最佳发泡浓度为0.4%。通过BZY-1表面张力仪对复配体系评价,表明复配发泡剂表面张力值随温度升高而降低,复配发泡剂体系更加稳定;抗温性评价表明复配体系在150℃以下时协同作用明显,耐温性效果较好,在100℃时泡沫综合值可以达到21.96×104 mL ·s。      

阴-非离子型表面活性剂CO2 泡沫影响因素研究

选用4 种表面活性剂作为起泡剂,其中N-NP-15c 和N-NP-21c 为非离子型表面活性剂,N-NP-15c-H 和N-NP-21c-H 为新合成的阴- 非离子型表面活性剂,非离子基团为聚氧乙烯基,阴离子基团为磺酸基。利用高温高压搅拌式可视化泡沫仪,对表面活性剂进行高温高压和高盐条件下的CO₂ 泡沫性能测试;研究了不同因素对CO₂泡沫性能的影响规律,包括起泡剂浓度、矿化度、Ca²⁺浓度、温度和压力等。实验结果表明,N-NP-15c-H 的起泡性能最好,抗温达125℃ 。在起泡剂质量分数0.7% 、压力10MPa、矿化度（NaCl）50g/L、125℃ 时,泡沫的起泡体积和半衰期分别为81.6 mL和10.8 min。随着起泡剂质量分数的增大,CO2 泡沫的起泡体积和半衰期均先增大后减小,最佳加量为0.7% ;高温和高矿化度（高Ca²⁺浓度）都不利于CO₂ 泡沫的稳定;压力升高则能显著提高CO₂ 泡沫的性能,压力由5 MPa 增至12MPa 时,泡沫起泡体积由87.9 mL增至165.8 mL,半衰期由34.5 min增至295.2min。     

新型阴-非离子型表面活性剂的泡沫性能

简介了氧乙基数为3、烷基碳数x=8,10,12的3种对烷基苄基均质聚氧乙烯醚磺酸盐CxBE3PS的合成方法.在气流法起泡装置上测定了3种磺酸盐的泡沫体积、起泡性参数Rv(泡沫与进入空气体积比)、泡沫半衰期和泄液半衰期.由表面张力～浓度曲线和Rt～浓度曲线求得,起泡剂浓度达到CMC时Rv值增大至稳定值.取起泡剂溶液浓度为各该温度下的CMC,在30℃、45℃、60℃测定了各项泡沫参数,3种CxBE3PS的起泡和稳泡性能良好,烷基碳数增大时泡沫稳定性增大,C8BE3PS、C10BE3PS的泡沫性能稍优于C12 BE3PS,而C10BE3PS和C12 BE3PS又远优于SDPS,尤其是泡沫稳定性;30℃时C12BE3PS的泡沫半衰期为431 min,远高于SDPS的260 min,而加量仅为SDPS的1/40.C10BE3PS的Rt和泡沫半衰期曲线在NaCl含量为0～1%间出现高峰.加入0.2%椰子油脂肪酸二乙醇酰胺对C8BE3PS和C10BE3PS的Rv影响不大,使泡沫半衰期大幅增大,泄液半衰期稍有增大.CxBE3PS可用于泡沫钻井液和泡沫驱油.     

耐油起泡剂的耐油耐盐性能评价

以吴茵搅拌器法评价了由非离子表面活性剂、阴非离子表面活性剂和稳泡剂辛醇按一定比例配制的4种耐油起泡剂的耐油耐盐性能。研究结果表明:随着起泡剂质量分数的增大,起泡剂溶液的最大泡沫体积逐渐增大,在起泡剂质量分数为0.01%数0.5%范围内,起泡剂溶液的发泡体积是自身溶液体积的2数6倍,泡沫半衰期随着表面活性剂浓度增加而逐渐增大;随着原油比例增加,最大泡沫体积先增大后降低,油含量在10%数20%范围时起泡剂表现出了很好的起泡、稳泡性能,最大发泡体积是自身的5数9倍,泡沫半衰期随着油含量增加而明显增大;其中CFE149X(非离子表面活性剂、阴非离子表面活性剂和稳泡剂辛醇质量比为30∶67∶3)的起泡和稳泡性能最佳。在CFE149X质量分数为0.5%、含油量50%的条件下,最大泡沫体积和半衰期均随盐含量增加而先增大后减小;与无油存在时相比,有油存在时泡沫发泡体积略有降低,但泡沫稳定性却显著增强。耐油起泡剂CFE149X,在含油条件下表现出了较好的起泡性能和稳泡性能,能够作为耐油抗盐泡沫剂,为泡沫复合驱提供优良的起泡剂产品提供技术参考。表5参27     

HY-3型表面活性剂发泡性能室内评价

泡沫作为新型的驱油体系已经得到快速发展,选择适当的发泡剂,可以产生最佳质量的泡沫,达到最佳驱油效果.采用气流法对多种表活剂进行发泡性能实验,并利用泡沫综合指数方法进行性能评价.筛选出HY-3型表面活性剂作为发泡剂,最后应用该发泡剂对泡沫性能影响因素进行研究.研究结果表明,起泡剂浓度对泡沫高度影响不大,半衰期则随着起泡剂浓度的增大而增大.综合考虑起泡能力、半衰期、泡沫综合指数等因素,确定起泡剂浓度为0.3%.矿化度越高,泡沫综合指数越差,但影响程度不大.聚合物的加入具有很好的稳泡作用,聚合物浓度增加,泡沫综合指数增大,聚合物浓度为1 000 mg/L时,泡沫具有较高的发泡能力和稳定性,可以形成超强泡沫.     

联结基对磺酸盐型双子表面活性剂的界面张力和起泡性能的影响

 合成了一系列具有支状疏水链的新型磺酸盐型双子表面活性剂D₂C_n（D为疏水基仲辛基,C为联结基中亚甲基,n=2,4,6,8）,考察了联结基对其表面活性的影响。结果表明,D₂C_n系列双子表面活性剂溶液的临界表面张力γ_CMC与临界胶束浓度CMC值均随联结基长度的增加而增大;辽河原油加入D₂C_n系列双子表面活性剂溶液后的油-水界面张力随着联结基团长度的增加先增加后降低。D₂C_n系列双子表面活性剂具有良好的泡沫性能,随着联结基长度的增加,初始起泡体积降低,泡沫半衰期先增加后降低;随着温度的增加,泡沫半衰期显著下降,初始起泡体积先增加后降低。     

阳离子表面活性剂的支链化改性与起泡活性

为了优化阳离子型表面活性剂的起泡活性,用十六烷基三甲基氯化铵(XSYP-0)与改性剂制得支链化季铵盐型阳离子表面活性剂(XSYP-1数XSYP-4),通过Ross-Miles法与Waring Blender法评价了产物的起泡性能和稳泡性能,对比了5种表面活性剂所产泡沫的微观结构,研究了温度、无机盐、甲醇、凝析油对XSYP-1数XSYP-4起泡活性的影响。结果表明,随反应物改性剂与XSYP-0摩尔比的增加,表面活性剂溶液的表面张力降低。其中,2.0 g/L XSYP-4溶液的表面张力为31.88 m N/m。XSYP-0改性后的起泡性能和稳定性能均得到改善。泡沫尺寸变小,泡沫壁变厚,泡沫稳定性提高。与XSYP-0相比,XSYP-1数4抗温性能、抗甲醇性能、抗盐性能和抗凝析油性能均得到提高。其中,XSYP-4溶液抗温性能最佳,XSYP-3溶液抗甲醇性能和抗凝析油性能最佳,XSYP-2溶液抗盐性能最佳。支链化改性可改善十六烷基三甲基氯化铵作为起泡剂的整体性能。     

支链烷基苯磺酸钠的合成、表征及其结构对表面性质的影响

为了研究不同结构的支链烷基苯磺酸钠的分子结构与其表面活性之间的关系 ,以苯或烷基苯、酰氯及溴代烷为原料 ,经过酰化、格氏反应、氢化还原、磺化等步骤 ,合成了 6种分子结构明确的纯的支链烷基苯磺酸钠 ,并用核磁共振碳谱、傅里叶红外光谱对合成的化合物进行了表征 ,并分析了其高效液相色谱图。用Wilhelmy -Plate法测定了部分支链烷基苯磺酸钠水溶液的表面性质 ,发现苯环上不同位置的烷基链对其表面吸附和表面张力有不同的影响     

重烷基苯磺酸盐复配体系界面张力和乳化性能的评价

将全馏分重烷基苯切割成一系列窄馏分,磺化后的重烷基苯磺酸盐（HABS）按相对分子质量由小到大编号为HABS-1,3,5,7,9。以新疆八区530原油为油相,地层模拟水为水相,分别测试全馏分和窄馏分重烷基苯磺酸盐对体系界面张力和乳化性能的影响。结果表明：随着窄馏分HABS平均相对分子质量的增大,油水界面张力先减小后增大,当窄馏分HABS的相对分子质量为398（烷基碳链平均碳数为15）时,油水界面张力最低,为0.002 3 mN/m;使用HABS-3与15%的HABS-1、AEO-9复配剂,体系的乳化综合指数达到89.51%、88.70%,油水界面张力分别为0.009 8 mN/m和0.005 9 mN/m,均处于10-3 mN/m的超低水平。     

烷基酰胺两性表面活性剂的合成研究

合成了十一烷基咪唑啉环的水解产物仲酰胺和叔酰胺,用氯乙酸钠与酰胺化合物反应得到酰胺两表面活性剂,考察其水溶液泡沫高度和表面张力以及共复配物的表面性质,发现叔酰胺的季胺化产品起泡力最大,其γ_(min)与咪唑啉型两性表面活性剂的γ_(min)相近;不同混合比仲酰胺的和叔叔酰胺的季胺化物水溶液的泡沫高度和表面张力没有明显的变化。     

脂肪醇聚氧乙烯醚丙基磺酸钠的合成及性能

以脂肪醇聚氧乙烯醚、烯丙基氯、亚硫酸氢钠为主要原料,两步法合成了脂肪醇聚氧乙烯醚丙基磺酸钠,在磺化反应中,m(硝酸钾)∶m(烯丙基醚)=1∶10、n(烯丙基醚)∶n(亚硫酸氢钠)=1∶2、水作为溶剂、体系pH值为5、反应温度85℃、反应时间3h,产物的总收率(以脂肪醇聚氧乙烯醚为基准计算)达到92%。使用红外光谱对中间体烯丙基脂肪醇聚氧乙烯醚以及产物脂肪醇聚氧乙烯磺酸钠进行了结构鉴定,并对产物表面(界面)性能以及应用性能(润湿、乳化、泡沫)进行了测试。产物表面张力为29.224mN/m,临界胶束浓度0.204mmol/L。产物与脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)相比,具有较好的乳化力,且泡沫较低,但润湿力较差。     

以齐聚副产物制备耐高温泡沫剂

以齐聚副产物为原料在实验室分别以AlCl3、AlCl3络合物和杂多酸为催化剂合成并经磺化制备了用于提高石油采收率的耐高温泡沫剂，试验结果说明烷基碳数为16的异构烷基苯磺酸盐常温发泡性能最佳，烷基碳数大于20的正构烷基苯磺酸盐高温发泡性能最佳，后者特别适合高温蒸汽驱油。加入适当的非离子助剂及无机盐能够提高磺酸盐的水溶性，改善发泡剂溶液的稳定性。     

磺基琥珀酸烷基聚氧乙烯醚单酯二钠盐的表面活性研究

合成了一系列磺基琥珀酸烷基聚氧乙烯醚单酯二钠盐，并研究了其表面活性。结果表明，临界胶束浓度随烷基碳原子数或氧乙烯聚合数的增加而减小；烷基碳原子数为１２左右、氧乙烯聚合数为５左右时，该盐具有最佳润湿力和最大起泡力；烷基碳原子被的增加一般有利于泡沫稳定性的提高。     

空气泡沫驱高稳定性起泡剂的合成及性能评价

低渗油藏孔隙结构复杂,比表面积大,空气泡沫驱过程中起泡剂在储层中吸附损失严重,影响空气泡沫驱的应用效果。延长东部油田甘谷驿油区孔隙度平均为10.76%,渗透率平均为0.933 mD,属于低孔特低渗储层。为了减小起泡剂在地层中的吸附,同时提高泡沫液的稳定性,结合油藏实际地质特征,研制了一种基于脂肪醇聚氧乙烯醚-邻苯二甲酸酯钠盐的新型阴离子表面活性起泡剂,对新型起泡剂发泡能力、耐温耐盐性、吸附损失大小、耐油能力和界面张力等基本性能进行了系统评价。结果表明:在稳定性方面,当起泡剂含量大于2 000 mg/L时,发泡高度可超过180 mm,在2 000 mg/L、30 ℃时,新型起泡剂均优于SDS（十二烷基硫酸钠）和ABS（十二烷基苯磺酸钠）发泡性能;在遇油稳定性方面,加原油后起泡,原油加量为20%以内时对起泡结果仅有微弱干扰,起泡后加原油,当加入量为20%时,泡沫依然有较好的稳定性。新型起泡剂在遇油稳定性方面明显强于ABS和甘谷驿区块泡沫驱体系使用的BK6A起泡剂;在吸附损失方面,当油砂加量达到25 g时,起泡体积仅从620 mL降低至590 mL,吸附量少。新型起泡剂体系优越的发泡性能、稳泡性能和抗温抗盐性能,为泡沫驱油剂体系提供了重要的物质基础,不仅适合延长东部浅层特低渗油藏,同时也适应于延长西部中深层特低渗油藏。     

奇数碳烷基间二甲苯磺酸钠在大庆油砂上的吸附

 摘要：考察了11种结构明确的奇数碳烷基间二甲苯磺酸钠(mCn-hS)在大庆油砂上的吸附,探讨了mCn-hS的初始质量浓度、分子结构、分子中烷基链长度及助剂对其吸附量的影响。结果表明,随着mCn-hS初始质量浓度的增大,其在大庆油砂上的吸附量先增大至饱和,后略有降低;烷基链长度相同的mCn-hS,随着其中芳基位置向烷基链中间位置移动,其在大庆油砂上的吸附量降低;NaCl和NaOH的加入使mCn-hS在大庆油砂上的吸附量增大,而异戊醇的加入使其降低;加入助剂后,随着mCn-hS分子中烷基链长度的增加,mCn-hS在大庆油砂上的吸附量减小。     

烷基醇醚羧酸钠体系的表面活性和泡沫性能

研究了一系列不同聚合度的十四烷基醇聚氧乙烯醚羧酸钠(C_(14)E_nC)水溶液的表面活性和泡沫性能,考察了C_(14)E_nC分子中氧乙烯基团(EO)数目的变化对水溶液的表面张力及泡沫性能的影响,同时还通过添加高聚物、脂肪醇、烷醇酰胺等考察了不同添加剂对体系泡沫性能的改变情况。探讨了单分子吸附层结构的改变对泡沫性能的影响。结果表明,EO数目从1增加到3,表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)和临界胶束浓度时的表面张力(γ_(CMC))分别从3.47×10 mol/L、36.47 mN/m降低到4.21×10~(-5)mol/L、29.71 mN/m。由于EO基团可以和周围水分子形成水化层,因此随着EO数目的增加,泡沫液膜两个表面之间的水化层斥力会随之增强,液膜排液减薄速率降低,使得泡沫的稳定性能提高。几种添加剂在一定程度上改变了液膜吸附层的结构,从而提高了体系的泡沫稳定性能。     

烷基芳基磺酸盐结构对原油-表面活性剂-碱体系的油-水界面张力影响

 采用旋转液滴法测定了在不同碱浓度下自制的3种结构烷基芳基磺酸盐(C19-4S、C19-6S、C19-8S)与大庆六厂原油体系的油-水动态界面张力,分别考察了磺酸盐结构、强碱和弱碱浓度对油-水动态界面张力最小值(DIFTmin)和动态界面张力平衡值(DIFTequ)的影响。结果表明,在各自适宜碱浓度下,3种结构烷基芳基磺酸盐均可使大庆六厂原油-表面活性剂-碱体系的油-水界面张力达到超低值 (10-3mN/m);随芳环在烷基芳基磺酸盐长烷链上的位置向烷链中心移动,达到DIFTmin、DIFTequ所需的强碱或弱碱的浓度降低,时间缩短。