三聚两性起泡剂制备及气驱泡沫防气窜研究

发布时间：2020-06-21 11:53

【摘要】：本文针对某'油田高温(90～100℃)、高矿化度(11×104mg/L)的油田环境下开展泡沫防气窜技术工程,合成了不同疏水链长(C10、C12、C14)的三聚两性起泡剂C10ZTFA、C12ZTFA、C14ZTFA,对C12的三聚两性起泡剂进行表征(IR、1HNMR、HRMS),结果表明合成成功,并对其合成过程以正交实验进行优化。将其与实验室前期制备的结构类似的二聚两性起泡剂(C10ZBFA、C12ZBFA、C14ZBFA)、单链两性起泡剂(C10ZSFA、C12ZSFA、C14ZSFA)性能进行对比。研究其热稳定性、Krafft温度、等电点、表面活性、增溶性能、泡沫性能、抗温抗盐性和泡沫防气窜室内模拟。以Williamson醚化法制备中间体缩水甘油醚中,以正交实验对其制备条件中的反应温度、反应时间、反应介质以及碱(种类和当量)四个因素进行优化,确定最优条件是反应温度为30 ℃,反应时间为15 h,反应介质为DMSO,使用3倍当量的氢氧化钾。十二烷基乙基仲胺中间体的合成中,以正交实验对氢化铝锂还原乙酰十二胺反应的投料比、反应温度、反应时间三个条件进行优化,确定最优条件是酰胺与还原剂摩尔比为1:4.0,反应温度为60 ℃,反应时间为40 h。采用热重分析法对所合成的C12ZTFA的热稳定性进行评价,C12ZTFA发生热分解的初始温度在241 ℃,在热稳定性上完全满足某油田(90～100 ℃)的需要。从其分子结构考虑,其同系物C10ZTFA和C14ZTFA,结构与其相似,故判定其热稳定性同样满足某油田的需要。以电导率法考察了九种低聚起泡剂的Krafft温度,结果表明其Krafft温度均低于0 ℃,体现出良好的水溶性。考察C12ZTFA、C12ZBFA和C12ZSFA三种起泡剂的等电点,结果表明三种起泡剂的等电点分别是pI= 7.3、7.6、8.1,随着起泡剂聚合体链数的增大,其pI值略微减小。25 ℃时,通过表面张力法评估九种低聚起泡剂表面活性,CMC值均随着疏水链长和聚合体链数的增加而减小,且聚合体链数增大的影响大于疏水链长增大的影响,表面活性最好的C12ZTFA的CMC为2.60×10-5 mol/L,C14ZTFA因出现“预胶束”现象而反常,但仍表现出较高的表面活性,其CMC为3.10×10-5 mol/L,γcmc从34.84 mN·m-1降至26.12 mN·m-1。并从热力学角度研究其内在原因,结果表明吸附Gibbs自由能变(|AGads|)和标准胶束化自由能变(|AGmθ|)都随着疏水链长的增大而增大(C14ZTFA除外)。研究九种低聚起泡剂 C10ZSFA、C12ZSFA、C14ZSFA、C10ZBFA、C12ZBFA、C14ZBFA、C10ZTFA、C12ZTFA、C14ZTFA对稠环芳烃菲的增溶效应,其摩尔增溶率(MSR)分别为0.054、0.065、0.077、0.150、0.178、0.205、0.290、0.353、0.397,随着疏水链长和聚合体链数的增加而增大。对九种低聚起泡剂在25 ℃以去离子水为溶剂,评估其不同浓度下的泡沫性能,结果表明随着疏水链长和聚合体链数的增加,其初始泡沫体积和析液半衰期皆增大,但C14ZTFA由于“预胶束”的形成而反常。泡沫性能最优良的C12ZTFA的初始泡沫体积为850 mL,泡沫半衰期为383 s。以模拟地层水为溶剂,浓度0.4wt%,评估九种低聚起泡剂在不同温度下的泡沫性能,结果表明在温度高达95 ℃,C12ZTFA的初始泡沫体积和泡沫半衰期仍保持最大,分别达到634 mL和300 s,体现了良好的抗温抗盐性。将九种低聚起泡剂中泡沫性能以及抗温、抗盐性能最好的C12ZTFA与传统起泡剂(十二烷基磺酸钠、十二烷基二甲基磺丙基甜菜碱、十二烷基三甲基溴化铵)进行动态泡沫防气窜室内模拟实验比较,结果表明C12ZTFA的阻力因子远远大于传统起泡剂的阻力因子,且在较低注入量(PV=5.26)即出现阻力因子极大值(Rf= 106.26)。将C12ZTFA与十二烷基磺酸钠两者复配,进一步研究其防气窜性能,结果表明当十二烷基磺酸钠与C12ZTFA的质量比为1:4时,防气窜效果优于单独使用C12ZTFA时的效果(极值点PV=5.12,Rf= 136.16),表明两者产生了协同效应。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE39
【图文】：

三聚两性起泡剂制备及气驱泡沫防气窜研究

图２－１丙三醇缩水甘油醚红外光谱图逡逑进行进一步表征

三聚两性起泡剂制备及气驱泡沫防气窜研究

图２－２乙酰十＿：胺１Ｈ邋ＮＭＲ谱图逡逑表２－５乙酰十—胺１ＨＮＭＲ分析结果逡逑编号逦化学位移ｍ质子数逦峰型逡逑

【参考文献】