新型磺基甜菜碱聚丙烯酰胺体系表面及界面性能

发布日期:2015-03-13 15:36:08

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文章摘要:新型磺基甜菜碱聚丙烯酰胺体系表面及界面性能_聚合物 ,孤舟独桨之效膝行匍伏,坠楼身亡生活服务支渠。

新型磺基甜菜碱聚丙烯酰胺体系表面及界面性能,bbo必博_bbo必博官网_bbo必博娱乐:采用自制的新型磺基甜菜碱两性表面活性剂与相对分子质量2500万的聚丙烯酰胺进行复配,考察 了不同温度和矿化度条件下,聚合物对复配溶液表面、界面性能的影响。采用滴体积法测定了溶液的表面张 力,结果表明,加人聚合物使溶液的临界胶束浓度增大,且复配溶液的表面张力大于单独表面活性剂溶液的表 面张力。当聚合物浓度一定,增大溶液矿化度时,体系表面张力增大。用旋滴型界面张力仪测定了溶液的界 面张力,结果表明,增大聚合物浓度,油水界面张力增大,增大溶液矿化度,油水界面张力有所升高。聚合物质 量浓度为1.5 g/L,表面活性剂质量浓度为〇.3 g/L时,可使胜利油田孤岛原油和孤东原油的油水界面张力达 到超低数量级(1〇-3 mN/m)。用分水时间法测定了溶液的乳化性能,结果表明,聚合物浓度增大,分水时间延 长,并考察了乃、85和95弋条件下体系的乳化性能,温度越高,分水时间越短。

在三次采油过程中,强碱三元复合驱暴露出一些问题,如强碱对油层的伤害、乳化、结垢,对注人举 升以及采出液处理工艺的影响⑴,强碱还大幅度降低聚合物的黏弹性,从而降低波及效率等[2]。在众多 的化学驱提高采收率技术中,聚合物/表面活性剂驱提高采收率技术是较为成熟的技术m。聚合物与表 面活性剂间的相互作用可使聚合物分子链的构象发生变化,聚合物的存在也影响着表面活性剂的临界 胶束浓度、表面张力和聚集数等物理参数及溶液流变性、界面吸附和增溶等性质W。这些变化使得聚合
物/表面活性剂体系具有一些优良性能,已被广泛地应用于涂料、洗涤和食品等诸多领域,尤其是采油领 域。
驱油用表面活性剂的主要作用是降低油水界面张力,驱动岩石孔隙中的残余油,同时由于表面活性 剂是在油藏中使用,对高矿化度的油藏,表面活性剂应具有足够的抗盐性和抗二价Ca2+、Mg2+离子的能 力;对高温地层的油藏,表面活性剂要具有很好的耐温性能[5]。两性表面活性剂是在分子结构中同时含 有阴阳2种亲水基团,在碱性条件下表现出阴离子表面活性剂的特性,在酸性条件下,又表现出阳离子 表面活性剂的特性[6],且两性离子表面活性剂在水溶液中电离生成的两性离子对金属离子具有螯合作 用,抗多价阳离子的性能好[7]。甜菜碱是两性离子表面活性剂中的一种,最早是由Krger从甜菜中分离 出来的[8]。叶仲斌等[3]研究了新型疏水缔合聚合物NAPs与十二烷基苯磺酸钠(SDBS)相互作用的界 面张力,当表面活性剂质量浓度为0.3 g/L,聚合物质量浓度为〇.5 g/L时,界面张力最低可达 3 xl(r2mN/m,李孟涛等[9]进行了无碱二元复配体系驱油试验,使用阳离子NEP表面活性剂溶液,界 面张力达到1(T2 mN/m数量级。刘莉平等[1°]研究了聚合物/表面活性剂二元复配驱油体系的性能,使 用的表面活性剂为SDBS,在油藏条件下体系与模拟油的界面张力为丨.38 x 10_2 mN/m。聚合物/表面 活性剂二元复配驱油体系界面张力能达到超低数量级的相关研究报道较少。新型磺基甜菜碱聚丙烯酰胺体系表面及界面性能,本文将自制的耐温抗盐表 面活性剂-横基甜菜碱型两性表面活性剂与聚丙烯酰胺进行复配,研究了在不同温度和矿化度条件下聚合物对其表面、界面性能及乳化性能的影响。
1实验部分
1.1试剂和仪器
新型磺基甜菜碱型两性表面活性剂按文献[11 ]方法自制,新型磺基甜菜碱聚丙烯酰胺体系表面及界面性能经多次纯化后,测目标产物的含量高于 95% ;聚丙烯酰胺的相对分子质量2500万(大庆炼化公司);液蜡(天津市大茂化学试剂厂),分析纯;实 验水(矿化度是32. 308 g/L);原油(胜利孤岛原油、孤东原油)。
TX500C型旋滴型界面张力仪(美国盛维公司);BZY4B型表面张力仪(上海衡平仪器仪表厂)。
1.2实验方法
对于聚表体系,为了考察聚丙烯酰胺与甜菜碱两性表面活性剂之间的相互作用以及这种作用对体 系表面、界面张力及乳化的影响,分别取不同浓度的表面活性剂溶液和不同浓度的聚丙烯醜胺溶液进行 复配,以滴体积法测定其表面张力,以旋滴法测定界面张力及分水时间法测定乳化性能的变化。
2结果与讨论
2.1表面性能
以矿化水(矿化度为32. 308和48. 462 g/L)为溶剂,配置一系列不同浓度的磺基甜菜碱两性表面 活性剂溶液,聚合物质量浓度为1.0 g/L。复配前表面活性剂溶液澄清透明,加人聚合物后溶液变粘稠, 但仍澄清透明。采用滴体积法,在(25 ±0.2) ^下测定其表面张力,绘制y-lg c曲线,如图1所示。
从图1可以看出,随着表面活性剂浓度增大,表 面张力下降,下降到一定程度时不再变化,由单独的 表面活性剂y-lg c曲线可以得出25丈时,新型磺基 甜菜碱型两性表面活性剂的临界胶束浓度(cmc )为 8.7x 10_4 m〇l/L,临界胶束浓度下的表面张力 ()为26. 13 mN/m,加人聚合物后y-lg c图中出 现2个转折点,这是聚合物与磺基甜菜碱表面活性 剂相互作用的结果,在Cl时二者开始发生相互作用,
表面活性剂吸附到聚合物表面上。随着表面活性剂 浓度的增大吸附到聚合物上的表面活性剂增多,在 c2点时达到吸附饱和,表面活性剂浓度继续增大,表 面张力基本保持不变,^点浓度为9. 1 xl0_4 m〇l/L,
点的7_为28.31 mN/m。加人聚合物后,使得达 cmc的表面活性剂浓度升高,主要是由于聚合物对 表面活性剂的吸附;且聚合物和表面活性剂间的相互作用,使溶液的表面张力比纯表面活性剂溶液的表 面张力略高。从图1还可以看出,随矿化度增加,体系表面张力变大,当矿化度为48.462 g/L时,磺基甜 菜碱表面活性剂也能显著降低水的表面张力,表现出良好的表面活性,说明该磺基甜菜碱型表面活性剂 有很好的耐盐性。
2.2界面性能
以矿化度为32. 308 g/L的矿化水为溶剂,配置一系列不同浓度的表面活性剂溶液,加人的聚合物 质量浓度分别为〇• 5和1. 5 g/L,用旋滴型界面张力仪测定聚合物和表面活性剂体系与原油(孤岛原油 和孤东原油)之间的界面张力,结果如图2 ~图5所示。
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新型磺基甜菜碱聚丙烯酰胺体系表面及界面性能图3聚合物质量浓度为1.5 g/L的表面活性剂孤 岛原油水界面张力曲线图
Fig. 3 The interfacial tension graph of the Gudao crude oil-water at a polymer concentration of 1 • 5 g/L surfactant
Concentration of surfactant/( g*L~1 ) :a. 0. 3 ; 6. 0. 4; c. 0. 5; d.0.6; e. 0. 8
图2聚合物质量浓度为0. 5 g/L的表面活性剂孤 岛原油水界面张力曲线图
Fig. 2 The interfacial tension graph of the Gudao crude oil-water at a polymer concentration of 0. 5 g/L surfactant
Concentration of surfactant/( g»L-1) :a. 0. 3; 6. 0.4 ; c. 0. 5; d.0.6; e. 0. 8
图5不同矿化度表面活性剂孤岛原油水界面张力 曲线图
Fig. 5 The interfacial tension graph of the Gudao oil- water with different salinity
Surfactant concentration was 0. 3 g/L, polymer concentration was 1.5 g/L
a. salinity 32.308 g/L; b. salinity 48.462 g/L; c. salinity 64. 616 g/L
图4聚合物质量浓度为1.5 g/L的表面活性剂孤 东原油水界面张力曲线图
Fig. 4 The interfacial tension graph of the Gudong crude oil-water at a polymer concentration of 1. 5 g/L surfactant
Concentration of surfactant /( g»L~1) :a. 0.3 ; 6.0.4 ; c. 0.5; d.0.6; e. 0.8
由图2可知,在温度为85尤、转速为5000 r/min条件下,随着甜菜碱两性表面活性剂浓度的增大界 面张力逐渐增大,相同浓度的表面活性剂溶液,随着时间的延长界面张力逐渐增大,新型磺基甜菜碱聚丙烯酰胺体系表面及界面性能,当升高至一定程度 时不再变化;在85 T,加入聚合物的质量浓度为0• 5 g/L,磺基甜菜碱表面活性剂质量浓度为0. 3和 0. 4 g/L时,可使孤岛中区油水界面张力达到超低界面张力数量级(KT3 mN/m)。由图3可知,同样条 件下,加人聚合物的质量浓度为1.5 g/L,磺基甜菜碱表面活性剂质量浓度为0.3 g/L时,体系也可使孤 岛中区油水界面张力达到超低界面张力数量级(HT3 mN/m),继续增大表面活性剂浓度,界面张力有所 升高;随着时间变化界面张力先减小后很快趋于平稳。
从图2、图3比较可以看出,相同浓度的表面活性剂溶液,增大聚合物的浓度,界面张力有所升高。 这由于一是溶液粘度增加,降低了磺基甜菜碱表面活性剂分子向油水界面运移的能力;二是聚合物对表 面活性剂的吸附,降低了溶液中磺基甜菜碱表面活性剂分子的数目。
从图4可以看出,在同样条件下,加人聚合物的质量浓度为1.5 g/L,磺基甜菜碱表面活性剂质量浓 度为0.3 g/L时,体系也可使孤岛三四区油水界面张力达到超低界面张力数量级(1(T3 mN/m);随时间 变化界面张力有所减小但很快趋于平稳。
从图5可以看出,开始界面张力大幅度降低后很快平稳;当矿化度增大时,磺基甜菜碱表面活性剂 疏水性增强,逐渐从水相转移到油相,所以界面张力上升,但体系界面张力仍能达到超低界面张力数量 级(10_3 mN/m),由此可见,所合成的磺基甜菜碱表面活性剂具有很好的耐温抗盐性能,在高温高盐油 藏中具有很大的应用前景。
2.3乳化性能
采用分水时间法[12],以矿化水(矿化度32. 308 g/L)为溶剂,将合成的磺基甜菜碱表面活性剂配成 一系列不同浓度的水溶液,并在每份溶液中加入的聚合物质量浓度为0.5和1.0 g/L。在85 ^条件下, 100 mL具塞量筒中,分别加人40 mL液蜡(液态石蜡为油相)和40 mL表面活性剂水溶液,按紧玻璃塞, 上下猛烈震动5次,静置1 min,如此重复震动-静置5次,记录分出10 mL水的时间。重复3次,最终取平 均值,并测定在75和95尤条件下,聚合物质量浓度为1_0 g/L时磺基甜菜碱表面活性剂溶液分出 10 mL水的时间,结果如图6、图7所示。
从图6可知,随磺基甜菜碱表面活性剂浓度的增大,分出10 mL水所需要的时间先增大后减小,当 表面活性剂质量浓度为2 g/L时,分出10 mL7jC所需要的时间最长。因此可以推断出当表面活性剂水溶 液质量浓度为2 g/L时,产物对液蜡的乳化性能最佳。这主要是随着磺基甜菜碱表面活性剂浓度增大, 表面活性剂分子在液-液界面的排布更加紧密,界面膜的强度增加,表面张力降低,乳化能力升高,形成 乳状液的稳定性增加,因而分水时间逐渐增加。当表面活性剂浓度继续增大时,乳状液稳定性开始下 降,这是由于排布在界面膜的表面活性剂趋于饱和,过量的表面活性剂相互聚集,导致分散在体系中的 油相絮凝和聚结的能力增强,加快了乳状液的破乳过程,因而分水时间降低,乳化能力降低,稳定性降 低。从图6可以看出,当表面活性剂浓度一定时,聚合物的浓度增大,分出1〇 mL水的时间延长,由此可 见,加入一定量的聚合物有利于乳状液的形成。从图7可以看出,温度升高,分出10 mL水的时间缩短, 也就是乳状液的稳定性减弱,主要是升高温度,使体系黏度下降,从油层中絮凝的水滴沉降速度加 大[13],接触几率增大,从而使体系稳定性下降,新型磺基甜菜碱聚丙烯酰胺体系表面及界面性能,即升高温度有利于破乳。 3结论
磺基甜菜碱两性表面活性剂与聚丙烯酰胺复配后,使得达临界胶束浓度的表面活性剂浓度升高,且 聚合物和表面活性剂相互作用,使溶液的表面张力比单独表面活性剂溶液的表面张力略大;增大溶液的 矿化度,表面张力增大。聚合物质量浓度为0.5 g/L,表面活性剂质量浓度为0.3和0.4 g/L时,可使胜 利油田孤岛原油油水界面张力达到超低数量级(UK3 mN/m);聚合物质量浓度为1.5 g/L,表面活性剂 质量浓度为0.3时,可使胜利油田孤岛中区油水界面张力以及胜利油田孤东原油油水界面张力均
达到超低数量级;增大矿化度,体系油水界面张力有所升高,但仍能使孤岛中区油水界面张力达到超低 数量级。表面活性剂与聚合物复配的乳化性能表明,分出1〇 mL水的时间随聚合物浓度的增大而延长; 当升高温度时,体系乳化能力下降。
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