強化采油用表面活性劑在油-水界面和泡沫液膜吸附行為的研究.pdf

1、本論文將分子模擬技術有效地應用于表面活性劑驅油體系的性能研究，采用全原子的分子動力學(MD)、介觀的耗散顆粒動力學(DPD)、同時和宏觀實驗技術相結合，分別從不同尺度上系統(tǒng)研究了表面活性劑在驅油過程中的關鍵性能與微觀結構的關系，建立了分子結構、液膜性質、表觀性能之間的聯(lián)系。這些結果為理解、解釋以及預測表面活性劑在各界面吸附現(xiàn)象提供了幫助，對EOR實驗配方設計和實際應用具有重要的指導意義。 1．表面活性劑在油/水界面行為的研究實際

2、工業(yè)應用中，當我們在眾多的表面活性劑中選擇，或者是設計新的表面活性劑時，都希望其擁有強的降低界面張力的能力，同時還具有高的界面效率，也就是盡可能減少表面活性劑用量。借助于分子模擬的優(yōu)勢，把界面與體相區(qū)分開來詳細的研究，將實驗中的效率分成界面效率和最大吸附界面密度兩個方面來討論。 在選用甲苯、飽和烷烴混合油相時，模擬結果顯示表面活性劑對不同油相在界面上的吸附存在誘導作用，其疏水尾基與油分子之間存在著適應性，這要求我們對應于不同組分

3、的油藏要選用尾鏈適合的表面活性劑體系。改變表面活性劑親水基分子結構、濃度等因素發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的常規(guī)表面活性劑界面效率和最大吸附界面密度兩方面常常相反，這使得最終實驗總效力不夠好。如何在保證表面活性劑強親水性頭基高效率的前提下，增加其吸附密度?我們接下來分別研究了鹽度等環(huán)境因素的影響以及表面活性劑復配體系，并探討了利用復配協(xié)同效應提高界面活性的理論機制。最后確定了Gemini為目標驅油用表面活性劑構型，考察了分子中頭基、連結基等結構對其界面行

4、為的影響。 在油/水界面的第二部分采用毛細管壓差測定裝置，測定了油滴變形通過毛細管過程的喉道時所需要的最大壓力，來衡量表面活性劑在油/水界面吸附后產生的綜合效果，并與界面張力、界面流變和分子模擬結果相結合，討論表面活性劑的致效機理。 2．表面活性劑穩(wěn)定的泡沫體系結構和性質研究不同于以往對穩(wěn)態(tài)泡沫的研究，本部分重點關注在動態(tài)干擾下的泡沫性質。 基于全原子的分子動力學方法，得到了不同分子結構的表面活性劑在泡沫液膜表面

5、詳細的排列信息。模擬結果給出，泡沫體系的總能量主要受表面活性劑頭基因素的影響，頭基強的電性作用有利于泡沫體能量的降低；同是十二碳鏈的磺酸鹽型陰離子表面活性劑，頭尾之間不同官能團的結構導致了泡沫液膜構型的明顯區(qū)別。緊接著我們采用泡沫衰減法、表觀粘度等實驗方法分別測定了穩(wěn)態(tài)和轉動干擾下的泡沫表觀性質，并同質構分析、剪切流變等泡沫液膜性質以及上述分子模擬研究結果相結合，討論分子結構--泡沫液膜性質--表觀性能之間的關系，分析泡沫穩(wěn)定機理。

6、 泡沫的攜液和析液也是備受關注的方向之一，盡管前人建立的電導率法能簡單、準確的實時反映泡沫內液體含量的多少，然而由于表觀研究手段的限制使得析液過程不夠清晰，而分子動力學模擬可以直觀的展示水分子在泡沫液膜中的形態(tài)，彌補實驗方法的不足，我們將兩者結合起來，建立了新的析液模型，幫助我們深入認識泡沫攜、析液過程，為實際應用提供理論指導。 本論文主要的創(chuàng)新點有： 1．采用界面密度、界面效率等參數表征表面活性劑在油/水界面的吸附

7、行為，考察多種因素對表面活性劑到界面的吸附趨勢以及降低界面張力效率的影響，指導EOR中高性能驅油體系的篩選。 2．從分子結構出發(fā)，探討陰非離子表面活性劑在油水界面的復配協(xié)同機理。模擬結果形象地展示了在界面層中，SDBS并不是均勻地排布，而是其頭基聚集成小的團簇，空腔部分由水分子或油分子填充，而適宜的非離子表面活性劑可填充這些空穴，使油水界面張力大幅度降低。 3．將泡沫的穩(wěn)定性從表觀靜態(tài)泡沫擴展到轉動剪切下的動態(tài)穩(wěn)定性，首