活性二氧化硅稳泡剂的制备及泡沫性能研究

发布时间：2020-09-08 17:17

　　高温条件下,常用的大分子类稳泡剂的长期稳定性差,固体颗粒因其对温度和矿化度不敏感,更具优势。颗粒稳定泡沫必须自身能吸附在液膜上,这要求颗粒具有合适的密度、合适的粒径和合适的润湿性。本文首先对8种固体颗粒的表观密度和在不同矿化度下的分散性进行测试,结果表明Si02具有相对较低的表观密度,对盐不敏感,因此对其进行接枝改性。在其表面同时接枝DTMS(十二烷基三甲氧基硅烷)和KH-560(γ-聚环氧基三甲氧基硅烷),再用NH2SO3H(氨基磺酸)对KH-560开环,引入亲水基团,使其具备“活性”结构。该结构有利于颗粒向气-液界面移动,在泡沫液膜上堆集。粒径也是影响泡沫稳定性的关键要素,因此对不同粒径Si02(Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型)采用相同方式进行改性,优化出各自稳泡性最强时的反应条件。对比可得,SiO2粒径越小,稳泡效果越好,因为颗粒越小,在界面上堆集越密集,阻止液膜泡排液能力越强。改性颗粒结构经FT-IR(红外光谱)、TG(热失重)和XRD(X射线衍射)表征,根据TG数据分析得到DTMS和KH-560分别在Ⅰ型SiO2表面的接枝率为1.00个/nm2和1.73个/nm2。同时,改性后的颗粒具有一定的表面活性,润湿接触角为71.5 °,分散稳定性得到进一步提高,且具有增黏能力。研究了颗粒浓度、矿化度、温度、老化时间和原油性质5种因素对三相泡沫基本性能的影响。温度越高,颗粒的最适浓度越大,因为升温促使吸附在液膜上的颗粒脱落,需要更多的颗粒来抵消脱附效应;最佳NaCl浓度为8%,常温下T液1/2最长可达481 s;与大分子稳泡剂相比,纳米颗粒泡沫体系在高温下长期老化后,性能变化较小,由此可体现固体颗粒在高温下的长期稳泡优势;含油量小于5%时,Si02-D-K-S-I能进一步提升含油泡沫体系的稳定性。颗粒吸附于液膜上,增强液膜稳定性,在一定浓度范围内可提升泡沫的“自修复”能力。因Si02-D-K-S-I颗粒比表面大,与岩石颗粒竞争吸附起泡剂,可明显降低起泡剂在岩石表面的吸附损失。在不同渗透率下,单岩心封堵实验结果表明,三相泡沫的封堵能力比普通泡沫强,泡沫封堵主要依靠“贾敏效应”,这与渗透率密切相关,当其为160 mD时,封堵能力最强。前期水驱只能启动级差较小的低渗层;随着级差的增加,低渗层启动越困难,当级差增大至约为12后,因为高渗层孔隙太大,即使三相泡沫体系液不能有效地封堵,此时驱替体系很难进入低渗层,对其启动作用弱。因此,泡沫防气窜在现场应用时,渗透率级差应作为油藏适应筛选的重要指标之一。
【学位单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE39
【部分图文】：

反应过程,硅烷偶联剂,偶联剂改性,苯类

未经改性的ｓｉ0２具有一定的稳泡效果，但因其团聚现象严重，亲水性过强，很难逡逑稳定地吸附于泡沫界面，想要达到最佳稳泡效果，必须对３丨０２表面改性，使其具有合逡逑适的分散性和润湿性。纳米３丨０２的表面结构如图１－１所示：逡逑５逦达Ｉ逦连逦双逡逑基逦Ｈ逦％逦Ｈ邋｜逡逑？逦水邋＇、／逦／Ｈ＼邋／Ｈ＼邋／Ｈ邋Ｉ邋＂逡逑？逦／0＼邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ逡逑Ｓｉ邋Ｓｉ邋Ｓｉ邋Ｓｉ邋Ｓｉ邋Ｓｉ邋Ｓｉ邋Ｓｉ邋ｈ逡逑ｏ＾ＶｉＶｉＶｉＶｉＶｉＶｉＶ＇Ｖ逡逑图１－１邋ｓｉ0２的表面结构逡逑其中，只有孤立羟基和双生羟基容易被改性。改性方法各不相同，使用的溶剂和逡逑偶联剂也多种多样。逡逑（１）偶联剂改性逡逑硅烷偶联剂是最常用的改性试剂，与＆０２表面羟基反应过程如图１－２所示：逡逑ＯＣＨ２ＣＨ３逦ｏｈ逡逑＿逦／逦水解逦／逡逑Ｒ—Ｓｉ—ＯＣＨ２ＣＨ３邋逦？邋Ｒ邋—邋Ｓｉ—ＯＨ邋＋邋３ＣＨ３ＯＨ逡逑＼邋＼逡逑ＯＣＨ２ＣＨ３逦ｏｈ逡逑／ＯＨ邋ＯＨ＼邋”逦＾逦／0邋＼逡逑Ｒ邋—邋Ｓｉ—ＯＨ邋＋邋Ｑｊｊ邋—邋Ｓｉ0２邋——＾—？邋Ｒ邋一邋Ｓｉ—0逦Ｓｉ0２逡逑＼逦＼邋ｚ邋蕾逡逑ＯＨ邋ＯＨ逦０逡逑图１－２硅烷偶联剂改性Ｓｉ０２的反应过程逡逑在偶联剂改性反应过程中，溶剂常用的有苯类和醇类，其中以二甲苯和甲苯更为逡逑常见。逡逑１＾以丁．等［４６］在二甲苯溶液中，使用３种不同类型的硅烷偶联剂对Ｓｉ０２表面进行改逡逑性。三种硅烷偶联剂结构式如１－３所示：逡逑８逡逑

蒸馏水,聚乙烯醇,分散状态,纳米

逦表不邋0Ｈ－ＣＨ２—ＣＨ２＿０—ＣＨ－ＣＨ：－0—ＣＨ２—ＣＨ：－0—邋ＣＨ２—ＣＨ：一ＯＨ逡逑图１－４改性后的８丨０２在蒸馏水和乙醇中的分散状态逡逑由图１－４可以看出，在蒸馏水中，改性的纳米Ｓｉ０２容易团聚，而在聚乙烯醇２００逡逑（ＰＥＧ－２００）中分散性良好。因为改性后的Ｓｉ０２表面可以吸附一层很薄的ＰＥＧ分子，逡逑薄层之间相互排斥以阻止颗粒团聚。而在水溶液中，颗粒之间因存在大量的氢键而容逡逑易沉降。逡逑（２）

分散状态,固体颗粒,蒸馏水,透光度

间隔一段时间（５邋ｍｉｎ，１０邋ｍｉｎ，１５邋ｍｉｎ，２０邋ｍｉｎ，３０邋ｍｉｎ）后，取上液体测定其透光度；逡逑４）通过对比透光度在０？３０邋ｍｉｎ内的平均变化速率，可以得出不同类型的颗粒不同矿化度下的分散性。平均变化速率公式计算如下：逡逑ｒ邋＝逦（２－３）逡逑３０逡逑式中／？逦透光度在０？３０邋ｍｉｎ内的平均变化速率（％／ｍｉｎ）；逡逑ＴＪ０——静止３０邋ｍｉｎ后的透光度（％）；逡逑Ｔ０——初始透光度（％）。逡逑同时，分别对初始分散状态和静止３０邋ｍｉｎ后的分散状态进行拍照对比。逡逑（２）分散性测定结果逡逑不同类型的固体颗粒在不同矿化度（蒸馏水、２邋％邋ＮａＣｌ、８邋％邋ＮａＣｌ）溶液中的散状态、透光度和在０？３０邋ｍｉｎ内透光度平均变化速率结果如下。逡逑１）蒸馏水逡逑不同类型固体颗粒分散在蒸馏水中，３０邋ｍｉｎ后分散状态变化如图２－１所示。逡逑

【参考文献】