阴离子表面活性剂的合成与应用

阴离子表面活性剂的合成与应用

中国能源结构的转型尚未完成，石化能源仍然是中国的主要能源主体。随着中国经济的可持续、快速发展，石油需求仍在继续增加。现在，中国大部分油田已经进入富产开采期，油藏含水量非常高。如果使用水驱油，对原油的需求就会明显，并且容易发生意想不到的混合。为了提高油藏采收率,延缓油藏见水、串层,很多油田采用了三次采油技术。三次采油技术在油藏施工又被称为提高采收率方法,在油藏实际开发过程中通常是利用化学物质来改善油、气、水及岩石相互之间的性能,实现开采出石油产量提高的一种采油技术。油田通常采用以下方法:注表面活性剂;注聚合物稠化水;注碱水驱;注CO表面活性剂是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质,常用的表面活性剂有非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂1表面活性剂胶束的形成机理磺酸盐阴离子表面活性剂具有较强的水溶性,同时其去污能力、分散能力、抗硬水能力和耐酸碱稳定性比其他表面活性剂更强。当磺酸盐溶解于水中时,会形成胶束,这些胶束使得表面活性剂的粘度迅速变化。通常采用临界胶束浓度来表征表面活性剂的形成胶束情况。表面活性剂分子在溶剂中缔合形成胶束的最低浓度即为临界胶束浓度表面活性剂胶束的形成是聚集放热过程,当温度升高时必然会减弱胶束的形成,同时当温度升高,溶解中的分子活动加剧,阴阳离子间的静电作用增强,进而对表面活性剂的粘度产生影响。无机盐由于其溶解水中会发生电离,进而会影响表面活性剂胶束的形成,进而对其粘度产生影响,在进行表面活性剂驱油时,表面活性剂通常会接触NaCl、CaCl等无机盐。无机盐对于表面活性剂粘度的影响,本文主要采用实验研究了NaCl对磺酸盐阴离子表面活性剂的影响。有机盐因为其既拥有溶解于水中的阳离子,也有和表面活性剂相似相容的有机基团,其对表面活性剂溶液的粘度也有巨大的影响。2表面活性剂ds10-2-10粘度测试本文采用AntonPaarPhysicaMCR301流变仪,根据SY/T5107-2005水基压裂液性能评价方法对磺酸盐阴离子双子表面活性剂DS10-2-10粘度进行了测量,测量时采用的剪切速度为170s2.1温度对ds10-2-10表面活性剂溶液粘度的影响通过流变仪,测量不同温度下质量分数为4%磺酸盐阴离子子表面活性剂DS10-2-10的粘度,研究温度对其的影响(如图1)。从图1可以看出,温度对DS10-2-10表面活性剂溶液的影响较大。温度在60℃到80℃时,温度越高DS10-2-10表面活性剂溶液的粘度越低;温度在80℃到95℃时,DS10-2-10表面活性剂溶液的粘度缓慢降低。其中80℃为DS10-2-10表面活性剂溶液粘度变化速度的分界点,温度低于80℃时,表面活性剂的粘度变化较快,温度高于80℃时,表面活性剂的变化趋于定值。2.2不同浓度下磺酸盐表面活性剂的粘度通过配置浓度为1%,3%,5%,7%,9%,11%的磺酸盐阴离子表面活性剂DS10-2-10表面活性,采用流变仪进行测量其黏度,研究其黏度随着浓度的变化。通过观察不同浓度表面活性剂的黏度(如图2)可得,当磺酸盐表面活性剂DS10-2-10浓度增加时,其粘度增加。表面活性剂DS10-2-10的浓度为7%为分界点,当浓度小于7%时,粘度的变化幅度受粘度的影响较大,当浓度大于7%时,浓度对于粘度的影响效果越来越小。2.3阴离子表面活性剂的复配阴离子表面活性剂的助剂常用的有无机盐、有机盐和醇类物质等,通过实验本文主要研究了NaCl、有机盐苯甲酸钠、正十二醇和十二烷基苯磺酸钠对于阴离子表面活性剂的影响。2.3.1不同温度和质量分数对表面活性剂黏度的影响利用实验,研究了当加入1%和4%的NaCl时,不同温度下的磺酸盐表面活性剂DS10-2-10的黏度(如图3),其中磺酸盐表面活性剂的浓度为4%。根据图3所示,可以发现加入质量分数为4%的NaCl对于表面活性剂黏度的影响大于加入质量分数为4%的NaCl的表面活性剂;加入NaCl后,表面活性剂随着温度的升高黏度仍然是降低的,其中加入质量分数为1%的NaCl时,表面活性剂的黏度变化幅度更大;当温度相同时,加入质量分数为1%的NaCl后的表面活性剂的黏度高于质量分数为4%的NaCl后的表面活性剂的黏度;60℃时,未加NaCl的表面活性剂的黏度为41.3mPa·s,而加入质量分数为1%和4%的NaCl后表面活性剂的浓度分别为14.2和3.7mPa·s,说明加入无机盐NaCl后,表面活性剂的耐温性能减弱。2.3.2苯甲酸钠对溶液粘度的影响利用相关原料配置一定浓度的苯甲酸钠和DS10-2-10溶液,研究苯甲酸钠对于DS10-2-10溶液的影响。本文采用实验,向质量分数为4%的磺酸盐表面活性剂DS10-2-10溶液中加入质量分数为1%和3%的苯甲酸钠,利用流变仪测量不同温度下表面活性剂的粘度可得图4所示曲线。根据图4可以发现,可以发现加入质量分数为3%苯甲酸钠对于表面活性剂黏度的影响大于加入质量分数为1%苯甲酸钠的表面活性剂;加入苯甲酸钠后,表面活性剂随着温度的升高黏度仍然是降低的,其中加入质量分数为1%苯甲酸钠时,表面活性剂的黏度变化幅度更大;当温度相同时,加入质量分数为1%苯甲酸钠后的表面活性剂的黏度高于质量分数为3%苯甲酸钠后的表面活性剂的黏度;60℃时,未加苯甲酸钠的表面活性剂的黏度为41.3mPa·s,而加入质量分数为1%和3%的苯甲酸钠后表面活性剂的浓度分别为31.2和23.1mPa·s,说明加入苯甲酸钠后,表面活性剂的耐温性能减弱。2.3.3正十二醇对磺酸盐表面活性剂的影响通过配置4%的磺酸盐表面活性剂DS10-2-10溶液,向质量该溶液中加入3%正十二醇,通过流变仪测量表面活性剂的粘度,发现磺酸盐表面活性剂DS10-2-10溶液溶液粘度发生显著变化,如图5所示。由加入正十二醇后表面活性剂随着温度的变化图(图5)可得出,正十二醇对于磺酸盐表面活性剂的影响效果显著;在60℃时,加入正十二醇后,表面活性剂的粘度为146.7mPa·s,相比于不加助剂条件下的表面活性剂粘度有了较大幅度的提升。加入正十二醇后的表面活性剂随着温度的升高,粘度先快速下降,后粘度逐渐趋于定值。当温度高于80℃后,加入正十二醇的表面活性剂的粘度稳定在40到45mPa·s之间,说明其具有较好的耐温性,同时,相同温度下的表面活性剂粘度,加入助剂后的表面活性剂的粘度也有较高的提升。2.3.4二烷基苯磺酸钠对磺酸盐表面活性剂溶液粘度的影响配置质量分数为3%十二烷基苯磺酸钠,加入到4%的磺酸盐双子表面活性剂DS18-3-18溶液中,研究十二烷基苯磺酸钠对于磺酸盐阴离子表面活性剂粘度的影响。将不同温度下,利用流变仪测量的粘度绘制成粘度变化图(图6)。由加入十二烷基苯磺酸钠后表面活性剂随着温度的变化图(图6)可得出,十二烷基苯磺酸钠对于磺酸盐表面活性剂的影响效果显著;在60℃时,加入十二烷基苯磺酸钠后,表面活性剂的粘度为146.7mPa·s,相比于不加助剂条件下的表面活性剂粘度有了较大幅度的提升。加入十二烷基苯磺酸钠后的表面活性剂随着温度的升高,粘度先快速下降,后粘度逐渐趋于定值。加入十二烷基苯磺酸钠的表面活性剂在温度大于75℃后,其粘度趋于稳定,说明加入该助剂后,耐温性能较好。同时加入助剂后,表面活性剂粘度增加,说明十二烷基苯磺酸钠具有一定的增粘作用。3磺酸盐表面活性剂溶液的粘度本文通实验研究了温度、浓度、助剂对于磺酸盐表面活性剂粘度的影响,得到如下结论:磺酸盐表面活性剂溶液随着温度的升高,其粘度逐渐下降