含纳米颗粒的黏弹性表面活性剂泡沫压裂液性能

为了实现低压、低渗、强水敏等非常规油气资源的高效开发,研究了纳米颗粒在高温条件下对黏弹性表面活性剂(VES)泡沫压裂液的性能影响。压裂液体系中以阳离子表面活性剂作为起泡剂,将亲水型纳米SiO_2颗粒和黏弹性的蠕虫状胶束加入到基液中,从而对泡沫的稳定和压裂液的增黏起到协同作用,最终提高了压裂液的高温抗剪切性、黏弹性、稳定性和悬砂性。实验结果表明,含有纳米SiO_2颗粒的VES泡沫压裂液配制简单、成本较低,抗高温能力达到120℃,能在地层条件下自动破胶,在90℃下的半衰期接近80 min。与常规压裂液相比,含纳米颗粒的VES泡沫压裂液性能提高显著,对于特殊油气藏的开发极具潜力。     

季铵盐双子表面活性剂自组装增黏机制研究

采用实验和粗粒化分子动力学(CGMD)模拟相结合的方法研究N,N'-双(十六烷基二甲基)-1,2-二溴化丁二铵盐(16-4-16)自组装增黏机制;通过反向非平衡态分子动力学(RNEMD)模拟的方法研究蠕虫状胶束体系黏度。结果表明:双子表面活性剂具有较好的增黏效果,随着双子表面活性剂浓度增加,胶束尺寸逐渐增大;双子表面活性剂具有较低的胶束融合自由能,表现出更强的聚集能力,更容易聚集形成蠕虫状胶束。     

CO2水基泡沫的稳定机理研究

考察了多种表面活性剂溶液生成的二氧化碳水基泡沫的稳定性,发现十二烷基硫酸钠(SDS)稳定二氧化碳泡沫的效果比较突出。以SDS与脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)体系对比,采用分子动力学模拟方法研究泡沫体系中二氧化碳分子的增溶、扩散等行为以及泡沫液膜中表面活性剂的界面排布规律,并采用FT-IR探测二氧化碳透过泡沫液膜的透过性。实验结果与模拟结果吻合,表明二氧化碳气体分子可增溶在泡沫液膜上表面活性剂疏水链间,并与水分子有相互作用,可渗透进入泡沫液膜,在泡沫液膜内增溶,因此二氧化碳分子透过液膜的扩散能力强,泡沫聚并破灭速度加快。SDS分子疏水链在泡沫液膜界面层内排列致密,液膜内二氧化碳增溶量小,二氧化碳分子透过SDS泡沫液膜的扩散速度较慢,因此泡沫稳定性好。     

新型耐盐蠕虫状胶束体系的性能和驱油效果研究

利用两性表面活性剂十六烷基磺基甜菜碱(HDAPS)、阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和助剂在高盐条件下制备两种蠕虫状胶束体系,即HDAPS-SDS体系和HDAPS-SDS-0.2%助剂混合体系,研究体系的黏弹性能、降低油水界面张力性能和驱油效果。结果表明,质量分数为0.73%的HDAPS-SDS体系所形成的蠕虫状胶束在60℃时黏度为42.3 mPa·s,与原油界面张力最低值为6.0×10-2mN·m-1;加入0.2%助剂后,0.73%HDAPS-SDS体系的黏度提高到51 mPa·s,并可与原油达到6.7×10-3mN·m-1的超低界面张力;两种新型蠕虫状胶束具有流度控制和降低油水界面张力的双重作用,具有较好的驱油效果。     

NaSal/2SHNC对R_(14)HTAB体系自组装行为的影响机制

采用粗粒化分子动力学(CGMD)模拟方法研究水杨酸钠(NaSal)和2-羟基萘-3-羧酸酯(2SHNC)两种有机盐对阳离子表面活性剂3-烷氧基-2-羟丙基三甲基卤化铵(R_(14)HTAB)自组装过程及组装体性能的影响。结果表明:球型胶束的形成经历成核、团簇融合2个阶段;蠕虫状胶束的形成经历成核、团簇融合和胶束融合3个阶段;囊泡形成经历成核、团簇融合、胶束融合、盘状胶束和盘状胶束卷曲5个阶段;与NaSal相比,2SHNC在低浓度下即能促进胶束融合自组装形成蠕虫状胶束,且能促进复杂胶束囊泡的形成,表现出更强的促进胶束融合能力;2SHNC形成的蠕虫状胶束体系在非轴向拉伸过程中表现出更强的抗拉强度,2SHNC/R_(14)HTAB体系形成的蠕虫状胶束更长,得到的体系黏弹性更好。     

烃类气体对泡沫液膜稳定性影响的微观机制

利用分子动力学方法构建气相层-表面活性剂/聚合物分子层-含无机盐离子的水相夹层模拟体系,微观揭示烃类气体类型对水基泡沫液膜排液特性与Ostwald熟化作用的影响机制。结果表明：相比于N₂泡沫,烃类气体产生水基泡沫的液膜稳定性降低,且随着碳数增加,表面张力逐渐增大,界面形成能绝对值逐渐减小,泡沫液膜排液能力增强,第一水化层内水分子扩散系数从CH₄水基泡沫体系的1.73×10^-5cm²/s增大到C₃H₈水基泡沫体系的2.40×10^-5 cm²/s,相应界面水层厚度、水化层内水分子配位数则分别从10.93?和2.11减小到7.72?和1.96;由气体分子界面聚集引起的Ostwald熟化作用是影响泡沫液膜稳定性的关键;同时对于碳数高的烃类气体分子,更易渗透其所形成的泡沫液膜而诱发泡沫衰变与破裂,反映出表面活性剂分子的界面吸附构型直接影响着Ostwald熟化作用。     

煤层低伤害氮气泡沫压裂液研究

随着煤层气开发规模不断扩大,在煤层压裂增产过程中压裂液滤失量高、地层伤害严重、返排困难且压裂效果差等问题不断凸显。结合煤层气储层物性,研制低伤害氮气泡沫压裂液体系,即0.5%YSJ杀菌剂+1%FP-1复合起泡剂+2%KCl防膨剂+N2。对该氮气泡沫压裂液体系进行滤失试验和分散试验研究。结果表明:该泡沫压裂液体系起泡及稳泡性能良好,耐剪切能力强,携砂能力强;泡沫和气液两相滤饼的封堵作用可以明显降低压裂液的滤失量,并且氮气可以增强压裂液的返排能力;压裂液体系中的表面活性剂可以降低煤粉与水相的界面张力,提高压裂液对煤粉的分散能力;相对于常规压裂液体系,氮气泡沫压裂液体系对煤层气岩心的伤害较小。     

表面活性剂蠕虫状胶束的流变性及应用

本文介绍了由表面活性剂及助剂形成的蠕虫状胶束的流变性,如黏度、黏弹性和添加剂的影响等;并对其在采油、减阻和家用产品及个人护理品中的应用做了介绍.     

甜菜碱型表面活性剂与粉煤灰稳定泡沫的协同机制

复配不同长度碳链羟磺基甜菜碱型表面活性剂作为起泡剂,以不同粒度粉煤灰颗粒作为稳泡剂,通过Waring搅拌法确定由0.4%起泡剂和1%中值粒径6.879μm粉煤灰共同组成耐温抗盐的起泡体系。使用浊度计和流变仪研究粉煤灰的悬浮性能和不同泡沫体系的表观黏度,使用表面张力仪和液滴形状分析仪测定体系的表面张力和界面黏弹性。结果表明：90℃条件下三相泡沫的起泡体积为275 mL,消泡半衰期为205 min;加入粉煤灰虽然使体系的表面张力略有增加,但显著提高了表面扩张模量;在同一观察时刻下三相泡沫具有比两相泡沫更低的非均匀系数和更小的中值粒径,由此延缓了液膜的排液和透气过程;两相泡沫所产生的残余阻力系数为36.23,三相泡沫的残余阻力系数高达112.53。     

纳米氢氧化铝稳定泡沫性能研究

通过原位表面活性化可使纳米颗粒变成表面活性颗粒,使其能够吸附在气-液界面上形成颗粒单层,这种颗粒单层类似于表面活性剂在气-液界面上的吸附单分子层,有起泡和稳泡的作用.研究了纳米氢氧化铝与表面活性剂SDS及OP-10复配产生的泡沫的性能.结果表明,以水为溶剂时,OP-10基本不能使纳米氢氧化铝颗粒原位表面活性化,不能在起泡和稳泡方面产生协同效应.而阴离子表面活性剂SDS能够通过静电作用吸附在纳米氢氧化铝颗粒表面,使颗粒表面覆盖一层烷基链而亲水性减弱,从而能以颗粒单层形式吸附在气-液界面上起到起泡和稳泡的作用.当SDS质量分数大于0.6%后,表面活性剂分子在颗粒表面形成双层或多层吸附,打破了活性颗粒的亲水-亲油平衡,纳米颗粒重新转变为强亲水颗粒,起泡、稳泡能力下降.质量分数0.1%纳米Al(OH)3+SDS体系的泡沫封堵性能明显优于单一SDS体系,文中实验条件下阻力因子可达100以上.     

添加纳米SiO_2颗粒的泡沫表面性质及调剖性能

泡沫驱在三次采油中取得了很好的开采效果,但是泡沫的稳定性制约其应用,在表面活性剂中加入纳米SiO_2以提高泡沫的稳定性。利用Tracker全自动界面流变仪测量复配体系的表面张力和界面扩张黏弹模量;利用微观驱油试验模型分析添加纳米SiO_2泡沫体系的驱油机制并与普通泡沫体系进行对比;利用岩心试验研究纳米SiO_2含量对泡沫体系驱油效果的影响。结果表明:随着纳米颗粒质量分数的增加,泡沫的稳定性和界面扩张黏弹模量均增加;泡沫稳定性的增强可以有效避免气液分离现象,使气泡更好地圈闭气体,提高泡沫的封堵效率,增加波及体积;界面扩张黏弹模量增强可以加强对孔道壁面油的挤压和携带作用;随着纳米SiO_2质量分数的增加,含油岩心的采收率及压差均上升,与普通泡沫驱比采收率可提高25%以上。     

表面活性剂HY-3的表面扩张粘弹性质的研究

使用法国I.T.Concept公司生产的Tracker全自动液滴界面张力仪,通过对悬挂气泡/液滴的面积采用正弦振荡方案,利用滴外形分析方法测定阴离子型表面活性剂(发泡剂)HY—3溶液的表面/界面扩张黏弹性质。利用气泡(液滴)扩张压缩法研究了动态表面张力和表面扩张黏弹模量的影响因素。结果表明,随表面活性剂浓度的升高,HY—3溶液的表面张力逐渐降低,但当表面活性剂浓度达到临界胶束浓度时,HY—3溶液的表面张力不再降低;温度升高,HY—3溶液的表面张力降低,有助于提高液膜的稳定性。随着表面活性剂浓度的升高,表面扩张黏弹模量逐渐增大,但当表面活性剂浓度达到临界胶束浓度时,HY—3溶液的表面扩张黏弹模量开始减小;随着扩张频率的增大,表面扩张黏弹模量增大,液膜的机械强度增大,其自修复能力强,导致泡沫体系抗形变能力增强,泡沫稳定性呈现上升的趋势。     

高温高压条件下泡排剂PP-F13发泡性及稳定性评价

使用改进气流法,对泡排剂PP-F13在高温高压条件下的发泡能力、稳定性及携液能力开展了实验评价。结果表明,高压有利于泡沫性能,随着压力的增大,泡沫稳定性显著提高,20 MPa的泡沫半衰期较常压增幅为199.14%,并且压力高于10 MPa后,泡沫稳定性提高幅度不大;而随着温度的增加,泡沫稳定性大幅度降低。压力与温度对泡沫的发泡性影响都不大。稳泡剂能够改善泡排剂的高温稳定性,其中无机稳泡剂SiO_2稳泡能力优于有机稳泡剂HPAM及CMC,适用于高温气藏条件。当压力10 MPa、温度120℃时,含SiO_2复合泡沫体系的泡沫半衰期是相同条件下无稳泡剂泡沫体系的3.59倍,达到1 295 s。高温高压动态携液实验表明,气流速度较低时,SiO_2稳泡剂对泡排剂携液能力作用小,但随着气流速度的增大,SiO_2复合泡沫体系携液能力较无稳泡剂泡沫体系有显著提高。     

甜菜碱类变黏分流酸的流变性及变黏机制

根据黏弹性表面活性剂(VES)理论,研制一种性能优良的甜菜碱类变黏分流酸,分析其胶束结构特点和变黏性能,考察剪切速率对油酸酰胺丙基甜菜碱质量分数、pH值和不同温度下变黏分流酸流变性的影响,探讨pH值对胶束结构的影响,得出变黏分流酸的变黏机制.结果表明:油酸酰胺丙基甜菜碱在10 %HCl中为球型胶束,在5% HCl中为球型棒型过渡类型和棒状胶束,在2% HCl中为蠕虫状胶束;变黏分流酸随着酸液质量分数降低表观黏度逐渐增加,当油酸酰胺丙基甜菜碱质量分数大于临界胶束浓度(w_cmc)时,变黏分流酸增黏后具有剪切稀释的黏弹流体特点;变黏分流酸在酸化过程中压力有先上升后下降的趋势,发生液流转向进入中低渗层,对储层无伤害.     

黏弹性表面活性剂压裂液的合成与性能

合成了黏弹性阳离子表面活性剂,以此为主剂配制出不同浓度的黏弹性表面活性剂(VES)压裂液体系,考察其主要性能.结果表明:VES压裂液体系具有很好的低黏度特性、耐剪切性和黏弹性.在室温下,剪切速率180,s-1,黏度均小于20,mPa.s,且不随时间变化;高速剪切(996,s-1)后体系的黏度能得到快速恢复;在应力扫描范围内,弹性模量一直大于黏性模量,属于弹性流体;破胶后黏度小于3,mPa.s,表面张力小于35,mN/m,无残渣,破胶效果好,易返排,对地层伤害小.     

氮气泡沫驱气体窜流特征实验研究

在泡沫驱提高油田采收率的过程中容易发生气体窜流现象。为了界定气窜时机和程度,提出产气率上升指数I_g;通过物理模拟实验,研究起泡剂浓度、注入方式、注入速度以及含油饱和度等参数对氮气泡沫驱气窜现象的影响。结果表明:表面活性剂可以增强液膜的强度,液膜排液作用降低了气窜现象的发生;使用泡沫发生器产生的泡沫质量优于段塞注入以及气液共注等方式,且不易发生气窜;注入速度越小,越容易发生气窜现象,但是注入速度超过一定值以后,泡沫的封堵能力趋于稳定;I_g=0.5为临界气窜点,超过临界气窜点,即发生气窜。     

黏弹性表面活性剂压裂返排液的界面性能及驱油效果评价

为实现黏弹性表面活性剂压裂返排液的重新利用,开展了黏弹性表面活性剂压裂破胶液的界面性能和驱油效果评价研究。实验结果表明,在表面活性剂质量分数为0.1%、温度为60℃的条件下,该类返排液与原油的界面张力可达到0.001 9 m N/m。同时提高温度和添加少量醇溶剂可进一步改善体系的界面活性,对Na Cl和Ca Cl2体现出较强的抗盐能力。驱油实验结果表明,对于渗透率在(0.758~1.593)×10-3μm2的天然岩心,相比单纯水驱,该类返排液平均驱油效率提高8.37%。该类返排液具有较强的界面活性,能够有效降低注入压力,提高驱油效果,可作为驱油剂应用于低渗透油藏。     

三元组分对弱碱三元复合驱模拟乳状液乳化稳定性的影响

考察弱碱三元组分对大庆油田石油磺酸盐三元复合驱模拟乳状液的乳化稳定动力学参数、界面黏弹性、扩散双电层Zeta电位等稳定参数的影响,研究三元组分对弱碱石油磺酸盐三元复合驱模拟乳状液乳化稳定性的影响规律。结果表明:表面活性剂的两亲性使其吸附于油水界面,质量分数的增加使其形成的油水界面膜稳定性增强,当表面活性剂质量分数高于0.1%时,形成的模拟原油采出液稳定较高,破乳较难;弱碱碳酸钠在三元复合体系起着双重作用,当碳酸钠质量分数小于0.8%时,碳酸钠主要与原油中的酸性物质生成表面活性物质,增加油水界面膜的强度,提高模拟乳状液乳化的稳定性,当碳酸钠质量分数大于0.8%时,碳酸钠的主要作用是中和表面活性剂分子在油水界面膜上的表面电荷,压缩油水界面扩散双电层,降低模拟乳状液的稳定性;聚合物主要是改善油水界面膜的黏弹性,其质量浓度的增加可使吸附在油水界面的有效分子数增多,油水界面的黏弹性增大,从而增强模拟乳状液的稳定性。     

驱油用泡沫体系的稳定性

基于α-烯烃磺酸钠发泡体系, 选择了具有增粘作用的稳泡剂--平均分子量(molecular weight, MW) 为300 万, 1 000 万和200 万1 400 万的聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素钠(carboxymethyl cellulose, CMC), 以及具强化液膜质量作用的稳泡剂--辛醇和十二醇. 通过加入不同浓度不同类型的稳泡剂, 研究了稳泡剂对泡沫体系的发泡性能、稳定性及油水界面张力的影响. 结果表明: 聚丙烯酰胺降低了泡沫体系的发泡能力和稳定性, 同时使得油水界面张力有所上升; CMC 在适当浓度下可增强泡沫的稳定性; 醇类对泡沫体系的稳定性造成了严重影响.     

葡萄糖基双子表面活性剂的制备与表征

以葡萄糖和烷基胺(正辛胺、十二胺、十六胺)为原料制备了一系列不同链长的糖基双子表面活性剂,以傅里叶红外光谱和核磁共振氢谱表征了产物的结构.采用悬滴法和改进的Ross-Miles法对产物的表面张力、起泡性能进行了测试.结果表明,糖基双子表面活性剂可以将表面张力降低到33.0³8.6 mN/m,其临界胶束浓度在0.0738.6 mN/m,其临界胶束浓度在0.07⁰.45 mmol/L范围内;同时,产物(A)和(B)具有良好的起泡性和稳泡性.这说明具有独特二聚结构的糖基双子表面活性剂有着更高的降低表面张力的能力和效率,表现出比传统线性表面活性剂优越的表面活性.