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三元复合驱表面活性剂吸附及碱的作用机理研究

李道山  
【摘要】: 本文系统研究了不同体系中表面活性剂在大庆油砂上的吸附规律,碱对三元复合体系流变性,界面张力及岩石矿物溶蚀的影响。分析了胶质、沥青质溶于癸烷后,油/水界面膜粘弹性,及界面粘弹性与乳状液稳定性的关系。 采用静态方法,在45℃下,研究了四种表面活性剂在大庆油砂上的吸附等温线,其吸附不符合Langmnir吸附等温方程,表面活性剂溶液浓度在(CMC)附近出现最大吸附。在相同活性剂浓度下,分子量越大,在油砂上吸附量越高。分子在固体表面吸附的高低,是由分子在溶液里化学势决定的,分子的化学势越高,其在固体表面的吸附量越大。表面活性剂在不同体系中吸附量不同,在注入水中吸附量比在碱水、聚合物及复合体系中吸附量大。碱和聚合物通过改变油藏岩石表面性质或参与竞争吸附,减少了表面活性剂吸附损失。三元复合体系中ORS_(41)和B-100在大庆油砂上最大吸附量分别是14μmol/g砂和8μmol/g砂。复合体系中碱和聚合物对表面活性剂吸附影响,不是碱和聚合物单独对活性剂吸附降低值的简单加合。用硅油使油砂润湿改变后,表面活性剂在油湿性油砂的吸附比在水湿性油砂上吸附大。分析了表面活性剂在油砂上出现最大吸附的机理,分两步建立了表面活性剂在大庆油砂上的吸附模型。使用几种牺牲剂,无论用它对油砂进行吸附,还是直接配入到复合体系中,都可以降低表面活性剂吸附损失在30%以上,只从降低表面活性剂吸附损失来看,以预吸附效果更好。本部分创新点是,建立了表面活性剂在油砂上的吸附模型;系统地研究聚合物,牺牲剂对表面活性剂吸附的影响。 研究了复合体系中表面活性剂在天然岩芯上的动态滞留,动态滞留量为0.08mg/g砂,比表面活性剂在油砂上的静态吸附量低几倍。表面活性剂在天然岩芯的滞留量更接近于表面活性剂在实际油藏中损失量。不同润湿性胶结岩芯上驱油实验结果说明,在水湿岩芯模型上进行水驱或复合驱的驱油效率总是高于油湿模型的驱油效率。 三元复合体系中表面活性剂,聚合物在大庆油砂上的静态吸附量,分别是3-6mg/g砂,0.4mg/g砂,碱在油砂上的碱耗量是1.2mg/g砂。复合体系在油层内部运移过程中,由于三种化学剂本身性质不同,流体性质以及多孔介质的影响,它们被吸附和捕集的机理也不同。组分滞留量越大,浓度降低的速度越快,组分运移的速度就越慢。首次提出了表面活性剂在复合驱过程中,定向地吸附在剩余油膜及乳化膜上,增加了表面活性剂滞留损失。通过实验室实验结果的理论分析及四个三元复合驱矿场试验结果,表面活性剂相对浓度峰值滞后于碱和聚合物相对浓度峰值0.3PV左右,阐明了三元复合体系在驱替过程中发生一定程度“色谱分离”的机理。 碱浓度和类型影响三元复合体系的流变性。随着碱浓度增加,溶液的假塑性减少,粘弹性降低,线性粘弹性区变窄。首次在复合驱中使用有机碱-季胺碱,它有利于稳定复合体系粘度。用碱萃取法分离出大庆油田不同区块原油酸性活性剂组分,高分辨傅立叶红外光谱及元素分析表明,不同原油中酸性组分主要含有有机酸、氮、硫化合物,官能团也有所区别。活性组分溶于甲苯后与碱液的界面张力在10~(-2)mN/m数量级,活性组分与表面活性剂之间存在着协同效应。首次论述了复合碱(Na_3PO_4+NaOH)的三元复合体系降低原油界面张力的机理是,首先复合碱中阴离子在界面吸附后,使界面负电荷达到最高,电泳淌度达到最大;其次是由于碱与界面活性物生成复合物的结果。 分别用沉淀法及柱层析方法,从原油中分离出沥青质和胶质,通过CIR-100界面流变仪研究了胶质和沥青质溶解癸烷中与不同水相的界面粘弹性。研究表明:癸烷溶解胶质或沥青质后与水相的界面粘弹性比纯癸烷/水界面粘弹性提高了4个数量级以上,且随着溶液中两者浓度升高,粘弹性逐渐加大。水相pH值在7左右时,胶质和沥青质的界面弹性最大,界面粘度随pH变化幅度较小。水中加入浓度为100mg/l破乳剂后,胶质与沥青质界面弹性下降1-10倍。界面张力由10mN/m降到2mN/m左右。破乳剂的加入提高了界面活性,界面膜的自修复能力下降,破坏了界面膜刚性强度,有利于加速液滴的聚并,因此可以通过界面粘弹性的测量,评价破乳剂的性能。创新点是定量地研究胶质、沥青质界 摘要 面粘弹性,建立了油/水界面膜粘弹性与乳状液稳定性的关系,进一步阐明了破乳剂的作用机理。 比较了胶质和沥青质的癸烷溶液的体相粘弹性与界面粘弹性区别。研究结果表明,不同浓度胶质 和沥青质溶液没有体相弹性,只有很低的体相粘度。 碱与单矿物及油砂作用后,碱耗量与碱型及作用时间有关,骨架矿物的碱耗量小于粘土矿物的耗 损。溶液中引坍,AIk离子浓度与碱溶液中pH值相对应,碱液pH值越高,溶液中Sri+,A卜浓度越大。 不同模数硅酸钠在一定程度上抑制了从矿物溶解S广、A广,原因是碱溶液中可溶性510。和矿物中的硅 酸盐发生同离子效应。用Na0H、Na。CO。、NazS ic。在天然岩芯进行动态驱替实验,流出物分析可知,用 他;S0。碱液驱替时,溶蚀下S广、A广最少,不同模数硅酸盐可作为三元复合体系碱组分的选择对象


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