论文部分内容阅读
在石油开采中,常规方法仅能采出原始储量的3040%,而水驱后的残余油则由于毛细力的作用而被圈捕在多孔介质中难以流动。采用表面活性剂驱可以通过大幅度降低油/水界面张力削弱毛细力的影响,从而进一步提高原油采收率20%左右,这对确保我国原油产量、降低原油对外依存度具有重要的战略意义。目前研究的各种表面活性剂驱油方案中,以碱-表面活性剂-聚合物（ASP）三元复合驱研究得最多、适应性最广,并已获得实际应用。然而近年来的矿场试验表明,使用强碱如NaOH的三元复合驱会导致管道及设备的结垢和腐蚀、地层渗透率降低和微孔的堵塞等一系列副作用。解决的方法是以弱碱三元复合驱或无碱二元复合驱取代强碱三元复合驱。然而适用于强碱三元复合驱的表面活性剂在无碱或弱碱条件下大多低效或无效,为此需要设计和开发新的驱油用表面活性剂。综合各种因素可以判断,适用于无碱和弱碱条件下的表面活性剂需要有更高的亲油性,以补偿碱-表面活性剂协同效应的缺失和体系pH及离子强度的降低。相应地与大庆原油相匹配的常规单尾-单头型表面活性剂烷基链长需要超过C18,不仅市场缺乏相应的大宗原料,而且这种线形结构的表面活性剂水溶性差、易于结晶或沉淀。针对这些问题,本研究提出了新型表面活性剂的双尾-单头结构设计方案,并以双烷基甘油醚为中间体,合成了一系列双尾-单头型驱油用表面活性剂,并通过改变亲水基种类（如非离子型、阴离子型和两性型）和亲油基的链长以及不对称性,研究了新型表面活性剂的构-效关系,以优化其结构和性能。研究结果表明,1,3-双烷基甘油醚乙氧基化物（diCmGE-En,m=8,10,12;n=3.925.6）不能作为亲油性表面活性剂使用,但当n较大时可以作为亲水性表面活性剂使用,与强亲油性表面活性剂双十二烷基甲基羟丙基磺基甜菜碱(diC12HSB)复配,无碱条件下能在0.3010 mM的总浓度范围内将大庆原油/地层水界面张力降至超低。加入摩尔分数为0.10.2的α-烯烃磺酸盐（AOS）可以进一步改善配方的水溶性,防止非离子的絮凝和磺基甜菜碱的结晶。作为配方中的亲水性成分,1,3-双烷基甘油醚乙氧基化物优于常规单长链烷基聚氧乙烯醚如C12E10,但类似于居贝特醇乙氧基化物,因此1,3-双烷基甘油醚可以取代价格昂贵的居贝特醇。从1,3-双烷基甘油醚衍生的阴离子型表面活性剂1,3-双烷基甘油醚羟丙基磺酸钠（diCmGE-HS,m=8,10,12）不能用作无碱驱油用表面活性剂,但可用作弱碱驱油用表面活性剂。在0.5 wt.%的Na2CO3存在下,diC12GE-HS可作为亲油性表面活性剂与常规单长链磺基甜菜碱（CmHSB,m=12,14,16）复配,而diC10GE-HS和diC8GE-HS可作为亲水性表面活性剂与亲油性磺基甜菜碱或重烷基苯磺酸盐复配,在0.62510 mM总浓度范围内将大庆原油/地层水界面张力降至超低。从1,3-双烷基甘油醚衍生的双长链烷基羟丙基磺基甜菜碱（diCmGE-HSB,m=8,10）性能最佳。无碱条件下,diC10GE-HSB和diC8GE-HSB可以作为亲油性表面活性剂使用,通过与少量常规亲水性表面活性剂如AOS或CmHSB复配或者与双烷基甘油醚乙氧基化物复配,可在0.07510 mM的极宽总浓度范围内将大庆原油/地层水界面张力降至超低。更为引人注目的是,通过改变烷基链长的对称性,可以得到亲水-亲油平衡与大庆原油完美匹配的表面活性剂,例如C10+6GE-HSB,无碱条件下该表面活性剂单独能在0.0310 mM的浓度范围内将大庆原油/地层水界面张力降至超低,普遍达到10-4 mN/m数量级。基于上述双烷基甘油醚衍生物的二元或三元配方皆具有优良的抗大庆油砂吸附能力、保持岩石表面水润湿性的能力以及与原油形成O/W型乳状液的能力。本论文设计的双烷基甘油醚衍生物因此是优良的无碱或弱碱驱油用表面活性剂,它们不仅具有良好的应用前景,而且能够从廉价的原料通过绿色合成路线得到。而本文的结构设计思想亦为新型无碱或弱碱驱油用表面活性剂的分子设计提供了坚实的理论基础。