阴非离子型双子表面活性剂(EGEOS－3)的二氧化碳泡沫性能研究

2015-04-25刘新亮李泽勤许大星孙建军

中国石油大学胜利学院学报 2015年2期

刘新亮，李泽勤，林琳，许大星，孙建军

(1.中国石油大学科学技术研究院，山东东营 257061;2.中油辽河工程有限公司工程研究院，辽宁盘锦 124010)

在目前的各种采油技术中，CO2泡沫驱被认为是最有前景的一种技术。一方面它对提高现有的普通稠油油藏和低渗油藏的采收率效果较好，另一方面，它可以有效的封存人类活动产生的CO2，对应对全球气候变化具有积极作用。20世纪70年代，美国和前苏联率先进行了CO2驱油试验，并取得明显的经济效益，采收率可以提高15%～25%［1］，我国的东部油田也进行了大量的CO2采注试验研究［2-3］。在CO2泡沫驱研究中，选择一种泡沫性能良好，与油藏条件匹配的泡沫体系一直是科研工作者研究的主要方向。本文针对泡沫驱油的特点，系统研究了该表面活性剂在高温高盐条件下的CO2泡沫性能，为CO2泡沫驱油技术提供技术支持。

1 试验部分

1.1 主要试剂和仪器

乙二醇;AEO3;马来酸酐;二氧化碳;亚硫酸氢钠;对苯甲酸;十六烷基三甲基溴化铵、无水乙酸钠。

DF－101S恒温加热磁力搅拌器;SHZ－D(Ⅲ)循环水式真空泵;FTLA2000型红外光谱仪;FA/JA电子天平;AVANCEⅡ400MHz核磁共振仪;高速搅拌器;恒温箱;BROOKFIELDDV－C黏度计。

1.2 EGEOS－3的制备过程

阴非离子型双子表面活性剂(EGEOS－3)是由AEO－3、马来酸酐、乙二醇和亚硫酸氢钠经两步酯化反应和一步磺化反应而得的。

酯化反应1。在配有温度计、磁力搅拌和冷凝回流装置的100mL三口烧瓶中，依次顺序加入马来酸酐、乙二醇，以无水乙酸钠做为催化剂，密封后，通入氮气约30min将其中空气驱出，后升温至50℃左右，待反应物完全融化后，继续升温至指定温度，在氮气保护下反应一定时间，得单酯化反应产物。

酯化反应2。在同一装置加入酯化反应1的产物，后按照一定比例加入脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO3)，和催化剂对苯甲酸。在氮气保护下升温至指定温度，减压0.9MPa操作，反应一定时间，产物用95%乙醇洗涤，备用。

磺化反应。直接在上述实验装置中，加入一定量的20%NaHSO3水溶液，升温到指定温度，在氮气保护下，进行磺化反应，得最终产物［4］。

反应过程如下:

酯化反应1:

酯化反应2:

磺化反应:

1.3 EGEOS－3的性能评价

本文采用WaringBlender法评价合成的表面活性剂的泡沫性能。在量杯100mL中加入一定浓度的EGEOS－3溶液，高速搅拌(2000r/min)60s后，关闭开关，迅速将泡沫倒入1000mL量筒中，读取并记录泡沫体积，计算从泡沫中析出50mL液体所用的时间。作为比较，选用了常用的3种表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(LAS)、十二烷基硫酸钠(SDS)、α－烯烃磺酸钠(AOS)。

2 实验结果与讨论

2.1 起泡剂浓度对起泡性能的影响

在80℃下，分别配置了质量浓度为0.10%、0.15%、0.20%、0.30%、0.40%和0.50%的EGEOS－3溶液，其泡沫性能见图1和图2。

图1 4种表面活性剂的起泡能力

图2 4种表面活性剂的泡沫稳定性

所选四种起泡剂泡沫性能，在低浓度范围内，随着浓度的增加而增强，到达一定浓度后(EGEOS－3:0.1%;LAS:0.3%;SDS:0.2%;AOS:0.2%)，泡沫性能趋于平稳，有小幅度的下降。此浓度即为表面活性剂的临界胶束浓度。对比四种起泡剂，LAS和SDS的起泡能力相当，EGEOS－3略低，AOS最差。分析四种起泡剂的泡沫最大值对应的浓度，可知合成的EGEOS－3临界胶束浓度最低，说明双子表面活性剂具有较低的临界胶束浓度，在较低的浓度范围内即有较好的泡沫性能。分析四种起泡剂泡沫半衰期，在最佳浓度下，LAS和SDS所产生的泡沫半衰期较长，EGEOS－3次之，AOS最短。

2.2 表面活性剂的抗盐性能评价

表1为80℃下，浓度为0.1%的EGEOS－3、LAS、SDS和AOS的二氧化碳泡沫体系，分别在不同的NaCl浓度下的泡沫性能。

由表1可知，相对于其他三种常用的起泡剂，合成的表面活性剂具有较强的抗盐能力，起泡体积随着氯化钠浓度的升高，先增加后下降，在氯化钠浓度为10%的情况下，其泡沫体积仅降低35%左右。

表1 NaCl对EGEOS－3二氧化碳泡沫体系泡沫性能的影响

2.3 EGEOS－3抗温性能评价

通过分析以上四种起泡剂，相比其他三种常用的起泡剂，合成的EGEOS－3具有较强的起泡性能和耐盐性能，为此，在室内选取 25、40、55、70、80、90℃六个不同的温度，对0.1%EGEOS－3起泡剂的二氧化碳泡沫体系进行评价，分析了其耐温性能，结果见表2。

表2 温度对EGEOS－3二氧化碳泡沫体系泡沫性能的影响

由表2可以看出，表面活性剂的起泡能力随着温度的升高，先增强后降低，而泡沫稳定性却呈下降趋势。这是因为在一定温度范围内，温度升高会导致溶液膨胀，起泡剂分子相互间距离增大，动能增加，起泡剂分子容易摆脱水的束缚而逃逸到水面，导致了在水溶液表面吸附的起泡剂分子增多，表面张力下降，从而导致起泡体积增加［5］。但随着温度的升高，一方面，液膜的水分蒸发加剧，使得液膜变薄，排液速度加快，泡沫容易破灭;另一方面，起泡剂分子中亲水基的水合作用降低，疏水基碳链之间的凝聚能力减弱，使得起泡剂分子间的缔合作用减弱，而且已形成的胶束因为动能增加使其增加了相互接触的机会，从而形成带电大分子，大分子之间电荷相斥而使能量增加，难以继续形成胶束，因而起泡体积呈下降趋势［6］。