耐高溫起泡劑的制備及性能評價

1、本科畢業(yè)設計（論文）題目：耐高溫起泡劑的制備及性能評價2015年5月20日耐高溫起泡劑的制備及性能評價摘要泡沫輔助蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)是提高稠油采收率的一種方法，但目前常規(guī)的起 泡劑不能滿足200C以上的溫度條件.針對此情況，制備出了性能優(yōu)良的耐高溫 的起泡劑C20-24a -烯烴磺酸鹽。測定表面張力可知，起泡劑有很好的界面活性。 該起泡劑利用C20 24a -烯烴磺酸進行中和反應制得。通過Waring Blender攪拌法 測定起泡劑的起泡體積與半衰期，來評價起泡劑體系的耐油、耐溫、耐鹽等性能。 結(jié)果顯示，起泡劑溶液在濃度為0.8%時，起泡劑的起泡體積和半衰期達到最大; 起泡劑溶液耐溫性在90C

2、以上，耐鹽性在5%以上，適用于堿性和中性環(huán)境。原 油有明顯的消泡性，含油飽和度越大，消泡越明顯。關鍵詞：起泡劑；耐高溫；C20-24a -烯烴磺酸鹽；起泡性能Fabrication and characterization of high-temperaturefoaming agentAbstractFoam assisted steam stimulation or steam flooding is a way to improve heavy oil recovery, but now can not meet conventional frother temperatures abo

3、ve 200 C. For this situation, prepared by the excellent performance of high-temperature foaming agent C20-24a-olefin sulfonate. Determination of apparent surface tension, foaming agent has good interfacial activity. The foaming agent use C20-24a-olefin sulfonate neutralization reaction. Determinatio

4、n by Waring Blender stirring foaming agent foaming volume and half-life, to evaluate the oil effervescent systems, temperature, salt and other properties. The results showed that the foaming agent solution concentration of 0.8%, the bubble size and half-foaming agent is maximized; foaming agent solu

5、tion temperature was above 90 C, salt tolerance in more than 5% for basic and neutral enSnmenL Crude 曲 has obSgs anti-foaming, greater 瀏 saturation, the more obvious anti-foaming.Keywords： Foaming Agent； High Temperature Resistance； C20 24o-Olefin sulfonate； Foaming Properties TOC o 1-5 h z HYPERLIN

6、K l bookmark12 o Current Document 第1章引言1 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 1.1研究目的1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 第2章高碳數(shù)烯烴磺酸鹽的制備4 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 2.1實驗儀器及藥品4 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document

7、2.2實驗步驟4a -烯烴磺酸的制備4a -烯烴磺酸鹽的制備4 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 2.3提高磺酸鹽的溶解性52.3.1助溶劑的選擇62.3.2提高水浴加熱溫度72.3.3改變堿的用量72.3.4加乳化劑TX-407 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 2.4表面張力測定82.4.1實驗儀器82.4.2實驗藥品82.4.3實驗步驟82.4.4實驗數(shù)據(jù)處理9 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 第3章耐高溫起泡性能評價11 HYPERLI

8、NK l bookmark71 o Current Document 3.1實驗方法113.1.1實驗儀器113.1.2實驗步驟11 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 3.2影響泡沫穩(wěn)定的因素113.2.1液膜性質(zhì)的影響113.2.2環(huán)境因素的影響12 HYPERLINK l bookmark85 o Current Document 3.3起泡劑濃度對起泡性能的影響12 HYPERLINK l bookmark91 o Current Document 3.4起泡劑的耐鹽性能13 HYPERLINK l bookmark88 o Curren

9、t Document 3.5起泡劑的耐油性能153.6起泡劑的耐溫性能16 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 3.7 PH對起泡性能的影響173.8蒸汽驅(qū)替實驗17 HYPERLINK l bookmark103 o Current Document 第4章結(jié)論18致謝19參考文獻20第1章引言1.1研究目的泡沫輔助蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)是提高稠油采收率的一種方法，但由于目前常規(guī) 的起泡劑不能滿足200C以上的溫度條件，因此需要研制耐高溫的起泡劑?；?低碳數(shù)a -烯烴磺酸鹽具有較好的耐溫耐鹽性能和表面活性劑的耐溫性能隨著碳 數(shù)增加而增強的規(guī)律，擬

10、制備高碳數(shù)C20 24a -烯烴磺酸鹽，并開展耐高溫性能研 究，為蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)提供一種性能?優(yōu)異的耐高溫的起泡劑。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前，在三次采油過程中，國內(nèi)外正在研究和使用的主要方法可以分為四 大系列：（1）注氣驅(qū)（包括注CO2、CO2混相驅(qū)、注N2等）；（2）微生物驅(qū)（包括生物表面活性劑驅(qū)、生物聚合物驅(qū)等）；（3）化學驅(qū)（包括注表面活性劑驅(qū)、堿水驅(qū)、聚合物驅(qū)等）；（4）熱力驅(qū)（包括蒸汽吞吐、注蒸汽驅(qū)等）1。注氣驅(qū)技術(shù)是指主要用各種氣體，如二氧化碳、氮氣等替換水驅(qū)作為驅(qū)油劑 進行驅(qū)油的三次采油技術(shù)。它向地層中填入反應溶液或氣體，使其在地層情況下 完全反應并釋放出氣體，釋放出來的氣體溶

11、解于原油之中，降低油的黏度，一次 達到提高原油采收率的目的。微生物驅(qū)油技術(shù)是隨著生物化工的發(fā)展而興起的一種新技術(shù)。向地層中注入 含微生物的驅(qū)油液，微生物可以與原油作用產(chǎn)生表面活性劑或多糖聚合物和CO2 等氣體，從而與原油混溶產(chǎn)生體積膨脹，可以使原油粘度下降，改善流度控制。 由于這兩種驅(qū)油技術(shù)與本項目的研究對象無直接聯(lián)系，就不做贅述?；瘜W驅(qū)油技術(shù)是向注入水中添加化學劑而配成驅(qū)油液進行采油的一種方法。 這樣配成的驅(qū)油液能提高注入水的粘度，并可以很好地減小油-水間的界面張力， 降低毛細管阻力，從而有效地改善驅(qū)油效率?；瘜W驅(qū)提高原油最終采收率的幅度 很大，對開采水驅(qū)后的殘余油是很有效的。主要包括注表面

12、活性劑驅(qū)、堿水驅(qū)、 聚合物驅(qū)、復合驅(qū)油技術(shù)等，其中表面活性劑驅(qū)是以表面活性劑體系作為驅(qū)油劑 的驅(qū)油方法。表面活性劑體系有稀表面活性劑體系和濃表面活性劑體系。根據(jù)驅(qū) 油液中表面活性劑的濃度，通常分為以下體系：（1）活性水驅(qū)油：屬于稀表面活性劑體系，它的活性劑濃度V臨界膠束濃 度，是最簡單的表面活性劑驅(qū)。（2）膠束溶液驅(qū)油：屬于稀表面活性劑體系，它的活性劑濃度臨界膠束 濃度，不過其質(zhì)量分數(shù)通常情況下不超過2%。（3）微乳驅(qū)油：屬于濃表面活性劑體系表面活性劑，它的表面活性劑濃度 膠束驅(qū)油時的表面活性劑濃度。根據(jù)所用助劑的不同，可以配成上相微乳液、 中相微乳液與下相微乳液驅(qū)油體系。其中，微乳液驅(qū)是三次

13、采油中比較先進的方法。微乳液能溶解原油，有較大 的粘度，在巖層間推進時就能有效地洗下粘附于砂石上的原油。由于其高驅(qū)油效 率而受到石油界普遍的關注。微乳狀液是高度分散的熱力學穩(wěn)定濃表面活性劑體 系，它能與油-水混溶，與水和油沒有界面，即界面張力為零，毛細管阻力不存 在，因此微乳驅(qū)的波及系數(shù)比其他幾種表面活性劑驅(qū)的波及系數(shù)都高，能更高的 提高采收率。用作微乳液驅(qū)油劑配方中的表面活性劑主要有a -烯烴磺酸鹽、烷 基苯磺酸鹽、烷基磺酸鹽、石油磺酸鹽或石油磺酸鹽與聚氧乙烯醚磺酸鹽的復配 物等。三次采油過程中對表面活性劑的要求主要從性價比考慮，即從性能和經(jīng)濟因 素兩方面考慮。1）加入表面活性劑以后，可以顯

14、著的降低界面張力，這一要求的目的是， 驅(qū)油體系在復雜地層環(huán)境下還可以保持很高的驅(qū)油效率。2）對二價陽離子（鈣、鎂離子）不敏感，具有很好的抗鹽性。3）單組分表面活性劑體系，即不用助表面活性劑即可形成微乳液體系和 產(chǎn)生超低界面張力值，無色層效應。4）在地層條件下能幾年不水解。5）體系的耐溫性好，受溫度的影響不大。實際上很難有表面活性劑能完全滿足以上這些要求，采油過程的復雜性和高 風險性使人們努力尋找性能價格比更為優(yōu)越的表面活性劑2石油磺酸鹽是六十年代開發(fā)出來的價格低、效率高的三次采油產(chǎn)品。石油磺 酸鹽用作化學采油劑有如下優(yōu)點：在弱堿環(huán)境下也具有良好的油水界面性能， 能很好的降低界面張力。原料來源廣

15、，水溶性不錯，穩(wěn)定性好。用量較少， 經(jīng)濟價格低廉。但通過查閱資料可知，在實驗過程中石油磺酸鹽也表現(xiàn)出了許多 問題，主要表現(xiàn)在以下四個方面 耐鹽性差，易與多價陽離子形成沉淀物。 產(chǎn)品組成和性能不穩(wěn)定，有時需對配方進行調(diào)整。易被粘土表面吸附，導致耗 量大。a -烯烴磺酸鹽的鈣鹽的界面張力比之前的烷基磺酸鹽低，耐鹽性較好，是 不錯的活性劑。a -烯烴磺酸鹽具有良好的生物降解性，抗硬水性和超低界面張 力。a -烯烴磺酸鹽的去污能力很好，礦化度不算太大的情況下很穩(wěn)定。又因為 分子中有雙鍵和烴基，可以與磺酸基一起對金屬產(chǎn)生螯合作用，故在水的礦化度 較高時去污能力仍很好。通過多方查閱資料可以了解到，a -烯

16、烴磺酸鹽是具有 良好性能的且環(huán)保的表面活性劑。熱力驅(qū)油技術(shù)相對來說比較成熟，特別是對重質(zhì)稠油的開采十分有效。向地 層注蒸汽提高地層的溫度，使原油粘度減小，例于稠油更方便的到達井口。注蒸 汽一般有兩種方式：一種是蒸汽驅(qū)，就是從注入井向地層注入高溫、高壓的蒸汽， 在地層中形成蒸汽帶，利用蒸汽壓力將原油采出；另一種是蒸汽吞吐，就是從注 入井向地層注入高溫、高壓的蒸汽，關井一段時間，然后采油一段時間。二次采 油后油層非均質(zhì)性嚴重，加上蒸汽與稠油的高密度差和高流度比等不利因素的影 響，注蒸汽時，油層中就會發(fā)生蒸汽重力超覆和蒸汽指迸，從而導致井與井之間 發(fā)生汽竄現(xiàn)象。汽竄使得油層縱向上吸附剖面不均，橫向上

17、蒸汽不均勻推進。這 樣就會使蒸汽的波及體積變小，從而降低稠油熱采采收率，并且增加能耗。為了 解決上述問題而采用高溫注蒸汽調(diào)剖技術(shù)。蒸汽注入剖面的調(diào)整主要用泡沫，利用賈敏（Jamin）效應的疊加，使高滲透 層的流動阻力增加，減少蒸汽的指進，從而擴大蒸汽的波及體積，提高驅(qū)油效率。 使用泡沫調(diào)剖可以控制蒸汽竄流，克服蒸汽重力超覆，調(diào)整注蒸汽剖面，增大波 及系數(shù)，提高稠油的采收率。為了產(chǎn)生泡沫，除了需要加入不冷凝氣體（如氮氣、 二氧化碳等）外，還需要耐高溫的起泡劑。蒸汽驅(qū)油用的高溫發(fā)泡劑要能耐蒸汽 的高溫，而且要具有良好的抗鹽性能等。磺酸鹽型的陰離子表面活性劑和磺羥基 化的非離子型表面活性劑是穩(wěn)定性較

18、好的高溫起泡劑。常用的高溫起泡劑有a - 烯烴磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、石油磺酸鹽、磺羥基化的聚氧乙烯烷基醇醚和磺羥 基化的聚氧乙烯烷基苯酚醚等。另外還有一些特殊的表面活性劑如含氟表面活性 劑，由于它們表面活性高、化學穩(wěn)定性好（耐酸、耐堿和耐氧化劑）、熱穩(wěn)定性好 （使用溫度可以達300C）等優(yōu)點，也是理想的高溫起泡劑。但是，因為含氟表面 活性劑價格很貴，限制了它們的應用范圍。一種實際有效的發(fā)泡劑應滿足以下條件：1）在205C以上的溫度下較長的時間的活性；2）在2MPa壓力下發(fā)泡；3）在原油、溫度、PH等因素的影響下仍能保持較好的穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，在200C以上的溫度條件，現(xiàn)場很少有同時保持起泡劑較

19、高起泡 性和穩(wěn)定性的發(fā)泡劑；非離子型表面活性劑的起泡劑穩(wěn)定性較差，而陰離子的氧 乙烯硫酸鹽和醇的硫酸鹽在100C時就會因為水解作用而迅速分解；陽離子型表 面活性劑和兩性表面活性劑被認為會與砂子吸附作用過強，在這種環(huán)境下，最佳 的高溫發(fā)泡劑是a-烯基磺酸鹽和烷基芳基磺酸鹽。低碳數(shù)七捋。-烯烴磺酸鹽耐 溫可到180C，但溫度超過200C以后，起泡能力和穩(wěn)定性明顯降低。而目前國內(nèi) 外對矣。/ -烯烴磺酸鹽的研究較少。第2章高碳數(shù)烯烴磺酸鹽的制備2.1實驗儀器及藥品1）實驗儀器：玻璃棒、燒杯、量筒、電子天平、HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋2）實驗藥品：固體NaOH、C20-C24磺酸、異戊醇、正丁醇、TX-4

20、02.2實驗步驟2.2.1 a-烯烴磺酸的制備實驗室內(nèi)將穩(wěn)定的液體三氧化硫從高位槽中經(jīng)膜式計量泵計量，再經(jīng) 過濾器除去機械雜質(zhì)后，送至非常精確地控制蒸發(fā)溫度的蒸發(fā)器內(nèi)。蒸出的 三氧化硫氣體經(jīng)除霧氣除去酸霧，并用干燥空氣稀釋至規(guī)定的組成，然后進 行磺化反應。反應式為：用氣體S0作磺化劑時，控制反應速率、有效地迅速地移走反應熱、控 制有機液相的溫度是至關重要的。反應時易產(chǎn)生內(nèi)酯等副產(chǎn)物，減少有效成 分2.2.2 a-烯烴磺酸鹽的制備1）皂化使用堿的確定分別用Ca（OH）和NaOH進行皂化。NaOH產(chǎn)物粘稠為均質(zhì)產(chǎn)物，而Ca（OH）為性狀極差的非均質(zhì)產(chǎn)物。從理論上推斷，a -烯烴磺酸鈣為有大分叉的分

21、子結(jié)構(gòu)，不利于泡沫的形成。 所以確定使用NaOH皂化a -烯烴磺酸鹽。2）具體配制過程先用量筒量取一定量的水倒入燒杯中，然后再用天平稱取一定量的NaOH 固體溶于水中。再利用天平稱取一定量已經(jīng)配制好的C -C磺酸，倒入燒杯 中進行酸堿中和反應，同時將燒杯放入HH-4數(shù)顯恒溫2水浴鍋中加熱30分 鐘，保持溫度在50C，并用玻璃棒不停的攪拌。3）HLB計算HLB值：即親水親油平衡值，用來權(quán)衡表面活性物質(zhì)的親水性，是一個 相對的值。由于磺酸鹽屬于陰離子型表面活性劑，所以采用基數(shù)法計算HLB值?；鶖?shù)法：把表面活性劑的結(jié)構(gòu)分解為一些基團，確定每個基團對HLB值的貢獻，稱之為HLB值的基團基數(shù)法。計算公式

22、：HLB=7+EH+EL式中EH代表親水基基數(shù)；EL代表親油基基數(shù)。表2-1 一些親水基團和親油基團的基數(shù)值HLB=7對于22個C的烯烴磺酸鈉的結(jié)構(gòu)式為C H SO Na，其中親水基為-SO Na，親 一一 .22 433 一3油基為2個二CH-,20個-CH2-，將相應的基數(shù)帶入公式：HLB=7+EH+EL=7+11- （20+2） *0.475=7.55HLB值越大，表明表面活性劑的親水性越強，越易溶于水；HLB值越小，表 明親水性越弱，親油性越強，水溶性減弱，油溶性增強。2.3 提高磺酸鹽的溶解性2.3.1助溶劑的選擇開始實驗時直接將堿溶于水中，再加入酸放入水浴鍋中進行加熱，產(chǎn)物粘稠狀，

23、 不溶于水，于是考慮加入助溶劑進行實驗。經(jīng)過查閱文獻可知，正丁醇、異戊醇 等醇對高碳數(shù)烯烴磺酸鹽起泡劑有助溶作用。所以試驗中選取這兩種藥劑進行了 一系列實驗。通過測定不同醇作用下起泡劑的起泡體積，來確定最優(yōu)助溶劑。堿與助溶劑對起泡性能的影響如圖2-1所示。圖2-1堿與助溶劑對起泡性能的影響由上圖可看出異戊醇與正丁醇相比，異戊醇作助溶劑時起泡性能效果更好。圖中加入NaOH為0.9g處有峰值，由此也確定實驗中最佳的酸堿配比是5g磺酸+0.9g氫氧化鈉。在不同劑量的異戊醇添加的情況下，產(chǎn)物實驗現(xiàn)象如表2-2所示。表2-2不同異戊醇用量下產(chǎn)物狀況異戊醇實驗現(xiàn)象0.0ml黃色粘稠，從熱水中拿出很快凝固1

24、.0ml不分層，黃褐色粘稠狀液體2.0ml不分層，紅褐色偏紅粘稠狀液體。2.5ml分層，下層加厚無色透明，上層紅褐色偏黑粘稠液體，溶于水。3.0ml分層，下層渾濁淺紅透明，上層紅褐色偏紅較稀，易溶解實驗總結(jié)：當異戊醇加入的較少時產(chǎn)物為黃褐色粘稠狀液體且溶解度較差，而隨 著異戊醇用量的增加產(chǎn)物出現(xiàn)分層現(xiàn)象：上層為紅褐色粘稠液體，溶于水；下層 為渾濁透明液體。2.3.2提高水浴加熱溫度表2-3不同水浴溫度對溶解性的影響C2024a -烯烴磺酸鹽/gNaOH/g水/ml異戊醇/ml溫度/c506050.9303產(chǎn)物加入 水中絮狀 物較多絮狀物和 50C比有 所減少50.930250.9301從上表可

25、知，提高水浴加熱溫度可以提高產(chǎn)物的溶解性。2.3.3改變堿的用量表2-4不同酸堿配比對溶解性的影響序號C2024a -烯烴磺酸鹽/gNaOH/g水/ml異戊醇/ml11.50.2730221.50.1530231.50.2730141.50.1530151.50.2730061.50.15300上表中1、3、5堿的用量是之前確定的最佳用量，2、4、6是按照與磺酸正好完 全反應的量。通過實驗觀察得按照正好完全反應的用量比原先堿的用量得到產(chǎn)物 的溶解性好。2.3.4加乳化劑TX-40C2024a -NaOH/g水/ml實驗現(xiàn)象烯烴磺酸 鹽/g加TX-40前加TX-40后1.640.1630將產(chǎn)物滴

26、入水中絮狀 物較多絮狀物開始明顯減少 直至消失1.530.1615將產(chǎn)物滴入水中絮狀 物較多加入TX-40絮狀物明 顯減少至加入10%絮 狀物所剩很少30.3120將產(chǎn)物滴入水中絮狀 物較多加入到3%絮狀物開 始減少至8%絮狀物 基本沒有續(xù)表2-5C2024 a -烯烴磺酸鹽/gNaOH/g水/ml實驗現(xiàn)象加TX-40前加TX-40后3.10.3115將產(chǎn)物滴入水中絮狀 物較多加入TX-40絮狀物明 顯減少至3%基本沒 有由表可知，TX-40有利于產(chǎn)物的溶解。2.4表面張力的測定2.4.1實驗儀器JYW-200A自動界面張力儀（承德大華試驗機有限公司）、鼓風干燥器、燒杯、 玻璃棒2.4.2實驗

27、藥品配置質(zhì)量分數(shù)為 0.09%、0.12%、0.17%、0.2%、0.26%、0.34%、0.4%、1.1%、 1.5%、1.83%、2.28%、2.7%的表面活性劑溶液2.4.3實驗步驟1）將儀器放在平穩(wěn)的臺面上，以儀器上的水準泡為準，調(diào)節(jié)基座上調(diào)平旋 鈕，使儀器水平。2）打開上蓋，觀察下列是否正常：A:差變的磁芯是否在正常位置，磁芯不應碰壁，應自由下垂。B:扭力絲應張緊，若扭力絲松弛，應調(diào)整兩端緊固螺釘。C:杠桿臂要求水平，否則調(diào)整扭力絲兩端，使之水平。檢查完畢后上蓋放回原位置。3）用鑷子將表面張力儀的吊環(huán)取下，把鉑金環(huán)和玻璃杯進行很好的沖洗， 然后再放入鼓風干燥器中進行烘干。檢查吊環(huán)是否

28、為圓形，若為圓形，再將鉑金 環(huán)掛在杠桿臂的吊鉤上，否則，先將吊環(huán)圓整，再重復上述操作；4）將電源插頭插在具有可靠接地的外部電源插座上，打開電源開關（向上撥），穩(wěn)定15分鐘。將“0.ADJ”旋鈕調(diào)至中間位置，調(diào)節(jié)傳感器位置旋鈕，是 顯示器顯示在+5.0-5.0之間，調(diào)“0.ADJ”旋鈕使顯示為“一00.0”（負號處 于閃爍狀態(tài)）。5）將水倒入燒杯中，測室溫下水與空氣的表面張力數(shù)值，若數(shù)值在75mN/m 左右，則說明儀器正常，可以進行下一步測量工作；6）依次測量不同濃度表面活性劑溶液與空氣之間的表面張力數(shù)值，每測量 一組數(shù)據(jù)后，都將燒杯和伯金環(huán)進行洗滌，并對伯金環(huán)進行烘干處理，并重新調(diào) 零。7）測

29、量結(jié)束后，清洗燒杯，烘干伯金環(huán)，并將伯金環(huán)掛在掛鉤上，最后關 閉自動界面張力儀。2.4.4數(shù)據(jù)整理1）無異戊醇濃度/%0.09表面張力匚匚/(mN/m)55.10.1839.57表2-2表面張力與濃度關系0.27 0.45 0.91.35 1.82.2539.07 38.9 37.63 35.67 34.4 31.22.730.8表面張力與起泡劑濃度的關系如圖2-1所示。濃度處圖2-1表面張力與濃度的關系曲線由上圖可以看出，在低濃度條件下，表面張力隨表面活性劑濃度的增加迅速降 低，而隨著起泡劑濃度的增加，表面張力的減小趨勢變緩最后趨于穩(wěn)定。在較高 表面活性劑濃度條件下，表面張力存在一個平衡值，

30、大約為31.2mN/m。因而具 有較好的表面活性。2）有異戊醇時在配置好的濃度為5%的起泡劑溶液里加1ml異戊醇，充分攪拌，然后依次 稀釋為 0.09%、0.18%、0.27%、0.45%、0.9%、1.35%、1.8%、2.25%、2.7%，分 別測其表面張力。測量結(jié)果如表2-3、圖2-2所示。表2-3有異戊醇添加時表面張力與濃度關系表濃度/% 表面張力 /（mN/m）0.09 0.18 0.27 0.36 0.45 1.35 1.82.25 2.7o o o o o O 5 4 3 2 1 OMPVR僧*圖2-2有異戊醇時表面張力與濃度的關系曲線 將以上兩圖合并為一圖，如圖2-3所示。41

31、.5 36.37 33.9 31.6 22.212.81211.210.8從上圖可以知道，與不加異戊醇的的起泡劑溶液相比，添加異戊醇以后起泡劑的 降低表面張力作用更加明顯。確定后續(xù)試驗過程中添加異戊醇來提高起泡劑的起 泡性能。第3章起泡性能評價3.1實驗方法對起泡劑性能評價主要從兩個方面進行：一是起泡能力，二是穩(wěn)定性，泡沫 的穩(wěn)定性是指生成泡沫過程的泡沫維持狀態(tài)的持久性。常用氣泡體積V0評價起 泡劑起泡能力，用半衰期t來反映并評價起泡劑的穩(wěn)定性。實驗室中Waring Blender法是一種用來評價泡沫性能極為方便的的一種方法，也是使用最多的一 種方法。它的優(yōu)點有：儀器操作簡單，實驗使用限制條件

32、較少，實驗持續(xù)時間較 短，所用的藥品少。3.1.1實驗儀器主要有高速攪拌器、秒表、玻璃棒、燒杯、量筒3.1.2實驗步驟1）配制好所需藥品，然后用玻璃棒在燒杯中攪拌均勻。2）再在量筒中加入100ml 一定濃度的起泡劑溶液，用高速攪拌機進行攪拌， 設定高速攪拌機的轉(zhuǎn)速為2000 r/min，攪拌時間為3 min。3）攪拌3min后，關閉開關，馬上讀取泡沫體積V，即表示起泡劑的起泡能 力，然后用秒表紀錄從泡沫中析出50ml起泡劑液體所需要的時間七。，即可作為 泡沫的半衰期，反映其穩(wěn)定性。起泡體積和半衰期是兩個比較獨立的參考對象，第一個反映了起泡的難易程 度和數(shù)量，另外一個反映了起泡劑的穩(wěn)定性，但這兩

33、個參數(shù)中的任何一個都不足 以反映起泡劑在多孔介質(zhì)中的起泡性能。因為泡沫在地層中的流度調(diào)整能力受泡 沫的數(shù)量（即起泡劑的起泡體積）和穩(wěn)定性（即起泡劑的半衰期）的綜合影響， 不能只考慮其一個因素就下結(jié)論，所以實驗中要對這兩個因素綜合分析再得出最 后的結(jié)果。3.2影響泡沫穩(wěn)定性的因素3.2. 1液膜性質(zhì)的影響1）表面張力隨著泡沫的逐漸生成，液體的表面積逐漸增大，表面勢能也相應的提高， 根據(jù)吉布斯自由能原理可知，泡沫體系的勢能總是趨向于較低的狀態(tài)，較低的表 面張力有利于提高泡沫的穩(wěn)定性。根據(jù)拉普拉斯方程可以得出，壓力差的大小與 表面張力成正比，表面張力越小，壓差越小，泡沫體系越穩(wěn)定。2）表面粘度表面粘

34、度是由于親水基團與水相互作用而產(chǎn)生的，它直接決定了也莫得排液 速度，從一定程度上影響泡沫的穩(wěn)定性。表面粘度越大，排液速度也慢，泡沫越 穩(wěn)定。3）表面電荷對陰離子型表面活性劑來說，在其形成的液膜中，與表面活性劑電離出的離 子帶有相同電荷的離子之間都具有相互排斥作用，形成擴散層。當液膜厚度與擴 散層厚度相似時，膜兩側(cè)的電荷產(chǎn)生的斥力將阻止液膜繼續(xù)變薄，防止泡沫破滅 滅，有利于增強泡沫的穩(wěn)定性。3.2.2環(huán)境因素的影響1）溫度溫度的變化對液膜的性質(zhì)有顯著影響，溫度越高，液膜表面粘度越低，排液 速度越快，泡沫體系越不穩(wěn)定。2）溶液PH溶液PH對離子型表面活性劑的起泡性能影響較大，原因是PH的改變影響了

35、 起泡劑的電離作用。3.3起泡劑濃度對起泡性能的影響起泡劑的濃度是影響起泡劑起泡性能的一個重要因素，同時也是進行起泡性 能評價的第一步，在確定起泡劑濃度時既要考慮泡沫的性能，也要考慮經(jīng)濟因素。 實驗中利用之前配制好的5%的起泡劑進行稀釋，分別測量0.2%、0.4%、0.6%、 0.8%、1.0%、1.2%、1.4%等不同濃度起泡劑的起泡體積和半衰期，綜合分析兩方 面受起泡劑濃度的影響，確定后續(xù)實驗中起泡劑的使用濃度。起泡體積與起泡劑濃度的關系如圖3-1所示。圖3-1起泡體積與起泡劑濃度的關系曲線半衰期與起泡劑濃度的關系如圖3-2所示。OOOOOOOOO642086421 TI TI TI圖3-

36、2半衰期與起泡劑濃度關系曲線由以上兩圖可以看出，起泡體積和半衰期并不都是隨著起泡劑濃度的增加 而一直變大的。而是隨著起泡劑濃度的變大，起泡體積增加幅度逐漸減小繼而呈 現(xiàn)下降趨勢，半衰期先增大后逐漸變小趨于穩(wěn)定，兩個圖都在濃度為0.8%的時 候出現(xiàn)最大值。又考慮到起泡劑的含量增加意味著成本的增加。因此，結(jié)合以上 因素，確定在后續(xù)評價實驗中起泡劑應該選用0.8%的濃度。3.4起泡劑的耐鹽性能保持磺酸鹽起泡劑溶液的質(zhì)量分數(shù)為0.8%，改變NaCI和GaCI的濃度，測定 不同配比不同礦化度（見表3-1）條件下的起泡體積V0和半衰期。2表3-1不同礦化度的鹽水o O o O6 5o o o o O o

37、o o O4 3 2 1O一I2 一INaCI/%2456710GaCI2/%0.050.10.150.20.250.3總礦化度/%2.054.156.27.2510.3礦化度對起泡體積和半衰期的影響如圖3-3、3-4所示。礦化度舟圖3-3礦化度對起泡體積的影響150 111111024681012礦化度處圖3-4礦化度對半衰期的影響由實驗結(jié)果可以看出：起泡劑溶液礦化度在5%以下時，起泡體積變化較小， 起泡劑受影響程度很小。但大于5%時，受影響較大，起泡體積下降較快。半衰期 的變化趨勢和起泡體積類似，隨著礦化度的增加，半衰期都明顯減小，在礦化度 為5%是出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。由此可見，該高碳數(shù)烯烴磺酸鹽起泡劑的抗鹽性可達5%。3.5起泡劑的耐油性能配制濃度為0.8%的高碳數(shù)烯烴磺酸鹽溶液，將原油與起泡劑按不同的比例 混合，利用之前的儀器測定混合后磺酸鹽溶液的氣泡體積與穩(wěn)泡時間，觀察不同 加量原油對起泡劑的起泡性能影響。起泡體積與原油含量的關系如圖3-7所示。圖3-7起泡體積與原油含量的關系曲線 半衰期與原油含量的關系如圖3-8所示。60 -q q