含氟聚醚的合成及性能研究

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目前我国许多海上油田已进入油田开采后期,为满足油田稳产增产满足国民生活的日常需要,聚合物驱油技术在此目的下已经得到大规模应用。聚合物驱油技术在满足提高原油采收率的同时,也使得聚合物分子进入原油乳液中,与原油组分中天然活性物质相互作用,使得原油乳液更加稳定,增加了后续破乳脱水难度,而且海上平台空间狭小,不利于开采出来的原油乳液大规模存储,现有破乳剂在规定条件下已经很难达到要求,因此需要探索研发新的破乳剂或相似作用的破乳方法以满足目前条件下海上平台的破乳脱水要求。含氟表面活性剂由于具有高表面活性、高热力学和化学稳定性,在许多领域有重要的应用。本文选用双酚AF、双酚AF酚胺树脂为聚醚起始剂通过与可靠成熟的环氧乙烷(EO)、环氧丙烷(PO)聚合工艺,合成出一系列含氟聚醚表面活性剂,探究将氟元素引入到破乳剂分子结构中,探讨该系列含氟破乳剂对海上原油是否具有良好的破乳脱水效果。因此本文的研究内容分为以下三个方面:1.将双酚AF与环氧丙烷聚合生成亲油段,然后在此基础上聚合具有亲水性的环氧乙烷段,得到含氟直链嵌段聚醚表面活性剂。随后用核磁共振谱、红外光谱对其结构进行了表征,研究了不同类型的盐对该表面活性剂的浊点、表面活性、界面活性与粒径的影响。浊度测试表明不同种类的盐对聚醚浊点具有重要作用,盐析盐降低了聚醚的浊点,盐溶盐正好相反;用表面张力仪研究了表面活性剂在纯水溶液、不同盐溶液、不同温度下的表面张力,发现该系列表面活性剂在纯水中具有良好的降低表面张力的能力,盐存在下在表面活性剂浓度较低时对其具有较明显的降低表面张力作用,当表面活性剂浓度达到CMC时盐影响效果甚微;选用甲苯、正庚烷两种有机溶剂,与不同浓度的该系列表面活性剂水溶液相互作用,研究了该系列表面活性剂在两种油水体系的油水界面张力,发现该系列表面活性剂具有较好的降低界面张力的能力,其中Z9937样品降低界面张力的能力更强。2.选用双酚AF、甲醛溶液、四乙烯五胺,使用两步法合成双酚AF酚胺树脂作为破乳剂的起始剂。将定量树脂投入到高压反应釜中,与适量环氧丙烷、环氧乙烷先后反应,根据起始剂/PO、PO/EO不同质量比,合成了 15种破乳剂并命名为BPAF破乳剂。用核磁共振、红外光谱表征手段进行了破乳剂的结构表征,结果证明破乳剂合成良好。破乳测试表明,针对K油,3.7:1比例的破乳剂为最适比例,优选出BPAF9937、13937、16937三种破乳剂。随后用表面张力仪测试该系列破乳剂降低表面张力的能力,得出3.7:1比例降低表面张力能力优于其它比例,与破乳结果相一致;浊点测试表明,破乳剂分子中PEO段含量对破乳剂浊点有重要影响,在破乳剂分子中PO/EO不变,破乳剂分子链增长,破乳剂的浊点会降低;分子量测试表明,破乳剂分子量对破乳结果无直接影响,针对K油,良好的破乳剂是高分子破乳剂,但是高分子破乳剂不一定具有良好的破乳效果。3.选出前面的线型、多支化含氟聚醚分别用多苯环多异氰酸酯PM200交联改性,探究线型聚醚和多支化聚醚分别用交联剂改性后的破乳性能。结果证明线型聚醚改性后无破乳作用,多支化聚醚改性后破乳作用明显。将改性前后的多支化聚醚进行不稳定性测试,结果表明原油含水量越高、破乳温度越高、破乳剂加药量越大,更有利于原油乳液的破乳脱水,界面膜强度测试表明,当水相中含有AP-P4时,原油液滴更不容易与油相结合,表明聚合物的存在使得油水界面更加稳定,破乳剂的加入使得油滴与油相结合速度变快,且随着破乳剂浓度的增加,结合速度先增加后变慢,说明破乳剂应有合适的用量,改性后破乳剂更有利于油滴与油相的结合。
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