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驱油表面活性剂分子结构与界面扩张流变性能关系研究

张磊  
【摘要】: 近年来,随着理论模型和实验技术的进展,界面扩张流变研究逐渐成为界面膜性质研究的一大热点。界面扩张流变性质的研究有助于加深对界面膜微观结构的认识,对阐明乳状液稳定及破乳机理有重要意义;可以更深刻地反映与强化采油相关的界面现象的内在规律;有助于了解表面活性剂分子在界面上的吸附及其相互作用,进而阐明界面张力机理。本论文针对复合驱油过程中的特殊界面现象,采用Langmuir槽和气泡/液滴扩张两种技术,运用小幅低频振荡和界面张力弛豫分析方法,系统研究了表面活性剂的扩张流变性质以及驱油体系化学剂和有机活性组分间相互作用对扩张性质的影响,主要研究内容和取得的主要创新性成果如下: 首先,利用气泡/液滴振荡技术和表面/界面张力弛豫方法系统研究了实验室制备的25种高纯度烷基苯磺酸盐的表面和界面扩张性质,考察了工作频率、表面活性剂体相浓度、疏水链长度、疏水链支化程度、苯环上烷基的多取代等因素对扩张性质的影响,获得了表面/界面微观弛豫过程的特征参数,探讨了表面活性剂结构与扩张参数的关系。研究结果表明,表面活性剂结构直接决定其界面行为,烷基取代在苯环的不同位置对扩张流变性质影响不同,并且导致所形成的表面的吸附膜和界面吸附膜各有异同。间位和对位双取代长直链类型具有最高的表面扩张参数;对位或间位取代长支链具有最高的界面扩张参数。 之后,选择了两种有代表性的驱油表面活性剂模型化合物(多取代烷基苯磺酸钠和Gemini表面活性剂)、两种不同结构的典型驱油聚合物(超高分子量聚丙烯酰胺和疏水改性聚丙烯酰胺)、两类代表性原油活性组分模拟化合物(长链酸和长链醇)以及三种电解质(钠盐、镁盐和钙盐),利用基于Langmuir槽滑障机械振荡的界面扩张流变仪,采用小幅低频振荡和界面张力弛豫技术,系统研究了水相中不同结构表面活性剂、聚合物、电解质以及油相中长链酸、长链醇之间相互作用对界面扩张流变特性的影响,考察了不同浓度稀释原油与化学驱体系的界面扩张性质。研究发现:表面活性剂可以和聚合物形成混合吸附膜或和疏水嵌段形成类似于胶束的混合聚集体,从而改变界面扩张性质。电解质通过改变离子表面活性剂分子间的静电作用,影响界面的扩张性质。少量的表面活性有机物可以和表面活性剂分子形成混合吸附膜,使模量略有增强;而大量的表面活性有机物,可能破坏表面活性剂疏水长链之间原有的强相互作用,使得扩张模量大大降低。原油中沥青质等活性组分具有较强的分子间相互作用,模量较大,表面活性剂与之形成混合吸附膜,使扩张模量略有升高;而聚合物的存在可能破坏了原油活性组分间的强相互作用,界面扩张模量明显降低。 研究结果表明,界面扩张流变研究是探索表面/界面膜结构的有力手段。


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