泡沫表觀性能研究及在稠油開采中的應(yīng)用.pdf

1、本論文研究包括兩部分內(nèi)容：第一部分主要研究水基泡沫表觀性能，建立了系統(tǒng)的泡沫表觀性能的評價方法，并考察了其主要的影響因素；第二部分主要探討了泡沫在高溫下的穩(wěn)定機(jī)制，并研究了高溫地層自生泡沫組合物在稠油開采中的應(yīng)用。 泡沫是氣體和液體混合而成的多孔膜狀分散體系，因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，在石油化學(xué)、日用化學(xué)、食品科學(xué)、礦物浮選等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，引起眾多學(xué)者的關(guān)注。 本文在前人工作的基礎(chǔ)上，建立了一系列對水基泡沫表觀性能的評價

2、方法，對泡沫生成方式、泡沫劑的起泡能力、泡沫穩(wěn)定性、泡沫的攜液和析液、泡沫粘度、泡沫尺寸分布等進(jìn)行了研究，并考察了表面活性劑結(jié)構(gòu)類型、表面活性劑濃度、表面活性劑復(fù)配、聚合物的加入等因素對泡沫表觀性能的影響，探討泡沫的表觀性能、微觀機(jī)制和實(shí)際應(yīng)用三者之間的內(nèi)在聯(lián)系。 泡沫的形成是一個能量升高的過程，因此表面張力越低，形成單泡所需要的能量越低，起泡能力越好，但是本文研究表明，起泡能力和表面張力往往不呈線形對應(yīng)關(guān)系，引入能量的方式和大

3、小對泡沫的形成有重要的影響，在引入能量相等的條件下，對比生成泡沫量的多少，以考察起泡能力才能夠給出對實(shí)際應(yīng)用有指導(dǎo)意義的結(jié)論。 泡沫穩(wěn)定性一直是水基泡沫研究的核心問題，也是影響其實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵問題，本文在低溫時(<100℃)采用泡沫衰減法；高溫時(>100℃)采用泡沫巖芯封堵法，考察了多種表面活性劑的泡沫穩(wěn)定性，并探討了表面活性劑結(jié)構(gòu)類型、表面活性劑濃度、表面活性劑復(fù)配、聚合物的加入、溫度等因素對泡沫穩(wěn)定性的影響。 低溫

4、下泡沫的衰減一般經(jīng)歷泡沫析液區(qū)、泡沫破滅區(qū)和泡沫亞穩(wěn)定區(qū)。亞穩(wěn)定區(qū)的泡沫在無外力干擾時能穩(wěn)定存在，但此時泡沫膜很薄，稍有干擾就會迅速破裂，因此本文采用半衰期和衰減曲線相結(jié)合，綜合考察泡沫的穩(wěn)定性。 泡沫的析液對泡沫穩(wěn)定性非常重要，在沒有外界干擾的情況下，快速的析液可能導(dǎo)致泡沫快速的破火。本文采用電導(dǎo)法定量檢測泡沫析液，該方法對泡沫液膜的變化敏感，能實(shí)時反應(yīng)泡沫內(nèi)液體含量的多少，簡單而準(zhǔn)確。而且該方法還可反映界面膜組成的變化，為從

5、理論上探討泡沫的穩(wěn)定機(jī)理提供重要信息。本文采用電導(dǎo)法考察泡沫析液的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著表面活性劑濃度的升高，泡沫的攜液和持液能力都增強(qiáng)；聚合物的加入提高了溶液的粘度，延長了泡沫的析液時間，但是液相粘度僅為輔助因素，若沒有足夠的表面活性劑形成穩(wěn)定的界面膜，聚合物增強(qiáng)泡沫穩(wěn)定性的功能就不能充分發(fā)揮，因此嚴(yán)格控制聚合物和表面活性劑的比例，才能保證聚合物增強(qiáng)泡沫的效果。 水基泡沫的應(yīng)用范圍非常廣泛，有些重要應(yīng)用涉及高溫下泡沫的形成和穩(wěn)定性

6、，但目前對泡沫穩(wěn)定性的研究報道基本集中在常規(guī)溫度下的泡沫，泡沫在極高溫條件下的穩(wěn)定機(jī)理非常缺乏，嚴(yán)重制約了泡沫在高溫條件下的應(yīng)用)如在稠油熱采中提高采收率。本文分別用泡沫衰減法和泡沫巖芯封堵法測定在不同溫度下的泡沫穩(wěn)定性，并采用動態(tài)表面張力、界面流變、分子模擬等手段分析泡沫穩(wěn)定機(jī)理。實(shí)驗(yàn)表明，引起泡沫的衰變的原因主要是泡沫中液體的流失和氣體透過液膜擴(kuò)散。低溫時，氣體的擴(kuò)散和水的蒸發(fā)都較慢，相對來說，對泡沫穩(wěn)定性影響更大的是排液過程；隨著

7、溫度的升高，水分的蒸發(fā)和氣體的擴(kuò)散急劇加快，此時界面膜的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度起決定作用。 本文的研究發(fā)現(xiàn)超長疏水鏈(碳數(shù)>20)型的離子型表面活性劑，在高溫下頭基的“錨定作用”減弱，其疏水鏈無法在氣/水界面直立或分立地存在，疏水鏈相互交叉纏繞，增加了界面膜的強(qiáng)度，減緩了氣體通過液膜的擴(kuò)散，形成的泡沫在高溫下有較好的穩(wěn)定性，即表面活性劑的疏水鏈構(gòu)象及相互作用對高溫下泡沫的穩(wěn)定性有重要影響，并提出了新的高溫泡沫穩(wěn)定機(jī)理。 另外，本文還

8、研究了高溫地層自生泡沫在稠油開發(fā)中的應(yīng)用，提出一種新的高溫地層自生泡沫方法。選用能產(chǎn)生N<,2>或CO<,2>氣體的反應(yīng)，考察了反應(yīng)的起始溫度、反應(yīng)物的濃度等對產(chǎn)氣條件的影響，得到適用的產(chǎn)氣體系，并選擇一種耐高溫并具有高油/水界面活性和高泡沫穩(wěn)定性的表面活性劑做為起泡劑，形成高溫地層自生泡沫組合物。高溫蒸汽驅(qū)油實(shí)驗(yàn)表明，初期注入組合物，然后注入蒸汽引發(fā)反應(yīng)，在巖芯中自發(fā)產(chǎn)生穩(wěn)定的泡沫，泡沫封堵防止汽竄，提高高溫蒸汽的波及系數(shù)，并提高吸油

9、效率和促使原油有效分散，從而大幅度提高稠油采收率，是一種很有潛力的稠油開采方法。 本論文的主要創(chuàng)新點(diǎn)： 1．建立了一系列水基泡沫表觀性能的評價方法，對泡沫生成方式、起泡能力、泡沫穩(wěn)定性、泡沫的攜液和析液、泡沫粘度、泡沫尺寸分布等開展了較系統(tǒng)的研究，考察了表面活性劑的結(jié)構(gòu)類型、表面活性劑濃度、表面活性劑復(fù)配、聚合物的加入等因素對泡沫表觀性能的影響。 2．本文分別用泡沫衰減法和泡沫巖芯封堵法測定不同溫度下的泡沫穩(wěn)定性