磁性Pickering乳液体系的制备及其提高采收率实验研究

来源 :浙江海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangshun1025
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近年来,随着材料科学的发展,由固体颗粒代替传统有机表面活性剂作为乳化剂稳定的新型乳液—Pickering乳状液,具有稳定性强、毒性低、来源广泛、成本低廉等优势,在化妆品生产、食品加工、医疗药品、石油开采等行业已经展示了良好的应用前景。并且由于其特殊的稳定机理,可以选择适当的固体颗粒,制备不同环境响应的Pickering乳状液,例如磁响应型乳液(也称磁性乳液),利用磁性材料优秀的磁学性能,在施加外界磁场可以实现快速分离,能够有效解决油田开发过程中遇到产出液破乳困难的问题。本论文以具有磁响应性的Pickering乳状液为研究目标,制备了磁性Fe3O4@PDA@Si复合纳米颗粒,并对其进行一系列性能表征;然后将其作为固体颗粒乳化剂与原油、水配制成磁性Pickering乳液,并且探究其稳定性影响因素;此外,将此磁性乳液进行微观模型驱替和岩心驱替实验,揭示其提高采收率机理,评价其提高采收率效果。首先采用共沉淀法制备了Fe3O4磁性颗粒,然后经过盐酸多巴胺(DA)包覆和1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷(简称硅烷)处理,合成了Fe3O4@PDA@Si复合材料,使得磁性颗粒具有好的分散性和稳定性,此外还可以调节颗粒的润湿性,以形成稳定乳状液,并且对所得材料进行一系列表征。结果表明,Fe3O4@PDA@Si复合磁性颗粒的最佳制备工艺为:Fe3O4与DA质量比为5:3,硅烷用量为100μL;TEM结果显示复合磁性颗粒为结构完整的核壳型粒子,实现了稳定性与分散性的优化;接触角测量结果显示复合颗粒接触角为125°,具备制备稳定Pickering乳状液的条件;VSM结果显示复合粒子磁饱和强度可达42.38 emu/g,具备良好的磁响应性,可实现Pickering乳状液的快速破乳分离。其次,将Fe3O4@PDA@Si复合磁性颗粒与原油、水配制成磁性Pickering乳状液,并且探究了不同油水比、磁性颗粒浓度、水相矿化度、p H以及外界温度对乳状液稳定性的影响。实验结果表明,在油水比为5:5,Fe3O4@PDA@Si纳米颗粒浓度为0.5%时制备得到的磁性Pickering乳状液最稳定,最终析水率仅为6%;此外,研究也显示,随着水相p H的增大,乳状液最终析水率析水率先下降而后上升,在中性条件下乳状液最稳定;对于水相矿化度和外界温度,均有增加矿化度和升高温度,Pickering乳液稳定性下降的结果,但当矿化度增至20%时最终析水率仅为18%,当温度升至85℃时最终析水率仅为24%,说明该磁性Pickering乳状液的耐盐与抗温性能良好。最后,通过微观可视化模型驱替实验和岩心驱替实验探究Fe3O4@PDA@Si、原油与水复配磁性Pickering乳状液体系的提高采收率性能,并揭示其驱油机理。微观驱替研究表明:该磁性Pickering乳液体系可以通过乳化剥蚀与封堵调剖机理有效提高原油采收率,并且其封堵调剖机理对提高采收率的贡献更大;此外,岩心驱替实验表明:该磁性Pickering乳液在低渗透率岩心中提高采收率的效果好于高渗透的岩心,并且对于渗透率为200-800 m D左右的岩心,其提高采收效率可达12%-17%。以上结果表明以Fe3O4@PDA@Si纳米颗粒为乳化剂制备的磁性Pickering乳液体系具有良好的稳定性,可以有效提高原油采收率,其良好的磁响应性能可以用于解决原油采出液破乳难题,为Pickering乳液在油田开发中的应用提供了新的思路。
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