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 05:00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
关键词:酯化采收率活性剂

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]。

3 结束语

合成的阴非离子型双子表面活性剂EGEOS-3在高温高盐环境下具有较强的起泡能力,但其泡沫稳定性较差,需要进一步筛选合适的稳泡剂与之进行复配,提高其耐温耐盐性能。

[1]张德平.CO2驱采油技术研究与应用[J].科技导报,2011,29(13):75-79.

[2]刘斌,折海成,朱秋秋.CO2泡沫提高原油采收率研究[J].石油化工应用,2010,29(1):19-20,27.

[3]杨昌华,王庆,董俊艳,等.高温高盐油藏CO2驱泡沫封窜体系研究与应用[J].石油钻采工艺,2012,34(5):95-97.

[4]刘新亮,李广凯,李新海,等.乙二醇双琥珀酸烷基聚氧乙烯醚双酯磺酸钠的合成及泡沫性能研究[J].应用化工,2014,43(12):2193-2197.

[5]王增林.强化泡沫驱提高采收率技术[M].北京:中国科学技术出版社,2007:45-63.

[6]赵化廷.新型抗盐抗温泡沫复合体系的研究与性能评价[D].南充:西南石油学院,2005.

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