一种清洁压裂液用多聚两性表面活性剂的合成及性能研究

发布时间：2018-04-22 22:36

  本文选题：二乙烯三胺五乙酸 + 多聚两性表面活性剂　； 参考：《西南石油大学》2015年硕士论文

【摘要】：相对于传统单链表面活性剂,双子(Gemini)表面活性剂具有更独特的性质,例如,表面活性大,极易吸附在气-液界面上；临界胶束浓度比普通表面活性剂低两到三个数量级,更易形成胶束；分子中含有多个亲水基团,具有更好的低温溶解性能,Kraffl点低；与普通表面活性剂复配,可产生更大的协同效应等。此类表面活性剂在清洁压裂液开发及应用方面具有较好的前景,并成为表面活性剂研究的热点之- 本文采用二乙烯三胺五乙酸和氢氧化钠为原料,以溴代十二烷作为烷基化试剂,异丙醇为溶剂,在80℃条件下,通过先中和后季铵化反应,合成了一种含三条疏水碳链、三个季铵盐离子、五个羧酸根基团的多聚两性表面活性剂,并对合成产物进行了红外、核磁氢谱分析,结果表明,合成产物与目标产物一致,为N,N’,N”-十二烷基二乙烯三胺五乙酸钠。 利用吊片法对不同浓度的N,N’,N”-十二烷基二乙烯三胺五乙酸钠水溶液表面张力进行测试,得出：表面活性剂N,N’,N”-十二烷基二乙烯三胺五乙酸钠水溶液临界胶束浓度CMC为1.1×10-4mmo1/L,临界表面张力γCMCc为32.6mN/m,最大表面过剩浓度Γ max和平均每个分子占有的最小面积Amin分别为2.74×10-6mol/m2、0.61nm2。利用变温溶解法对N,N’,N”-十二烷基二乙烯三胺五乙酸钠在水中溶解性进行测试,结果表明,该表面活性剂Krafft点低于0℃,即具有较好的低温溶解性。 利用流变学方法研究了多聚两性表面活性剂与阴离子表面活性剂SDS复配体系在无机盐氯化钾存在时的流变学性质。在混合表面活性剂体系中,随着SDS浓度增加,体系粘度先增加后减小,蠕虫状胶束的长度也呈现出同样的趋势,体系中SDS质量分数为0.48时,溶液粘度最大；适量的无机盐KC1能够有效屏蔽表面活性剂分子之间的静电斥力,从而导致胶束增长,溶液粘度增加,然而过量的无机盐会导致胶束破坏,体系粘度显著下降；并利用cryo-TEM冷冻刻蚀透射电镜观察到混合表面活性剂体系十烷基硫酸钠SDS以及无机盐KCl添加量从低到高的变化过程中蠕虫状胶束的形成、生长并缠结成网络结构、蠕虫状胶束“支化”一系列现象,从而在介观上解释了胶束体系松弛时间τR、零剪切粘度η0、以及平台模量Go变化情况。温度对胶束体系的流变性能影响最为显著,随着温度上升,胶束长度逐渐减小,溶液粘度随之降低。此外,溶液pH=7时,体系粘度值最高。 通过对混合表面活性剂溶液流变性能的研究,筛选出一套清洁压裂液的配方：表面活性剂总质量浓度为3.0wt%,其中,多聚两性表面活性剂质量浓度为1.56wt%,阴离子表面活性剂SDS质量浓度为1.44wt%,氯化钾质量浓度10wt%,溶液pH值为7。 对清洁压裂液进行性能评价,结果表明,压裂液体系在88℃、170s-1条件下,剪切一定时间后,粘度保持在53.6mPa-s左右,体系耐温耐剪切性能良好；88℃时,单粒砂粒在压裂液中的静态沉降速率为0.498mm/s,体系携砂性能较好；实验条件下,压裂液的滤失系数为4.6×10-4m/min1/2,对于渗透率相对较低的岩心,压裂液滤失量较小；压裂液破胶速度较快,破胶时间小于1h,破胶后粘度低于5mPa-s,表、界面张力分别为28.54mN/m、0.93mN/m,破胶液对岩心渗透率的伤害率为11%,表明该清洁压裂液能够满足88℃以内地层压裂设计要求。
[Abstract]:Compared with the traditional single - chain surfactant , the Gemini surfactant has more unique properties , for example , the surface activity is large , and the Gemini surfactant is easily adsorbed on the gas - liquid interface ;
the critical micelle concentration is two to three orders of magnitude lower than that of the common surfactant , and the micelle is more easily formed ;
the molecule contains a plurality of hydrophilic groups , and has better low - temperature solubility performance and low Kraffl point ;
Compared with the common surfactant , the surface active agent has a good prospect in the development and application of clean fracturing fluid , and is a hot spot in the research of surfactant .

A polyamphoteric surfactant containing three hydrophobic carbon chains , three quaternary ammonium salt ions and five carboxylic acid radical groups was synthesized by using triamine pentaacetic acid and sodium hydroxide as raw materials .

The critical micelle concentration ( CMC ) of N , N ' , N " - dodecyl divinylammonium pentaacetate in different concentrations was tested by the method of hanging plate . The critical micelle concentration CMC of the surfactant N , N ' , N " - dodecyl divinylammonium pentaacetic acid was 1.1 脳 10 - 4mmol / m ~ 2 , and the critical surface tension 纬 CMCc was 2.74 脳 10 - 6 mol / m ~ 2 , 0.61 nm2 . The results showed that the Krafft point of the surfactant was lower than 0 鈩，

本文编号：1789270