苛刻条件下的水基泡沫稳定性研究

摘要

水基泡沫不仅在许多传统领域（如矿物浮选，洗涤，三次采油等）中应用广泛，近年来在其它领域（如光电阻隔，红外消光，电磁干扰屏蔽，爆炸缓解以及作为纳米材料的合成模板等）中也有重要的应用，其重大的应用前景使相关理论的研究和技术开发备受重视。伴随着与泡沫相关的新技术的产生和发展，如何开发满足越来越苛刻的实际应用条件要求的泡沫体系，已经成为亟待解决的难题。比如泡沫应用于极端苛刻条件油藏来提高采收率，为高温高盐油藏、稠油油藏、低渗透油藏等难动用油藏的有效开发揭示了良好前景。另外，当前采用烟道气捕集二氧化碳以及使用捕集后剩余复合气体作为驱油泡沫的发泡气体，由于其在节能减排保护环境方面的重要意义引人瞩目。在这些应用技术中，高温高盐、油相存在以及复合气体作为发泡气体，都是对泡沫性能具有重大挑战的苛刻条件，本文通过分别考察在上述苛刻条件下的泡沫性能，并探究相关机理，取得的理论认识用于指导应用体系的开发和工艺改进，为泡沫的有效应用奠定基础。
　　 本论文主要分为四个部分:
　　 第一部分，为高温高盐条件下表面活性剂稳定的水基泡沫稳定性及机理研究。采用泡沫衰减法测定泡沫半衰期，对比了高温情况下不同表面活性剂溶液产生的泡沫其稳定性受盐度的影响。实验结果表明，一种极性基间柔性连接的双亲水基表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠AES，在镁离子存在下形成的泡沫具有超高稳定性，远远高于其他表面活性剂。采用平面液膜稳定性、红外光谱等实验研究与分子模拟相结合的方法，以十二烷基硫酸钠SDS为对比体系，深入探讨了钙镁离子对表面活性剂分子界面行为及泡沫液膜稳定性的影响，给出了镁离子存在下AES超稳泡沫的机理，指出了一条高温高盐条件下取得超高泡沫稳定性的新技术途径。
　　 第二部分中，考察了高温高盐条件下表面活性剂复配体系的泡沫稳定性，通过探讨高盐情况下泡沫稳定性受温度的影响规律，得到了在超高矿化度条件下具有良好泡沫稳定性的体系，并采用分子模拟方法研究了高盐条件下复配表面活性剂在气液界面的相互作用机理，提出了采用表面活性剂复配协同优化泡沫稳定性的微观规律。
　　 第三部分，主要研究油相对发泡能力和泡沫稳定性的影响。考察了原油以及其他油相的消泡能力，利用自行设计的微流控装置考察乳状液滴与泡沫气泡的相互作用，并采用分子模拟探讨表面活性剂在油水和气液界面的吸附排布行为，通过实验和分子模拟结果相结合的方法，提出了油相的消泡机制，并探讨了低张力泡沫用于驱油的可行性。
　　 论文最后一部分，研究了不同发泡气体对泡沫稳定性的影响，并探讨了相关机理。主要涉及的气体为氮气、二氧化碳气体以及工厂烟道废气在碳捕集后产生的复合气体。通过对比不同气体为发泡气体的情况下泡沫的生成能力、泡沫稳定性的变化，给出了工厂废气作为发泡气体用于油田驱油的可能性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 表面活性剂稳定的水基泡沫

1．2 泡沫稳定性及其影响因素

1．3 环境条件和添加剂对水基泡沫稳定性的影响

1．3．1 温度的影响

1．3．2 盐度的影响

1．3．3 油相的影响

1．3．4 发泡气体的影响

1．4 水基泡沫在三次采油中的应用

1．5 表面活性剂在气液界面的行为及其对泡沫性能的影响

1．6 本论文的立题思想、研究内容与意义

参考文献

第二章 研究方法

2．1 实验研究方法

2．1．1 实验试剂

2．1．2 泡沫稳定性测定

2．1．3 油水界面张力测定

2．1．4 傅立叶变换红外光谱

2．1．5 偏光显微镜

2．1．6 微流控

2．1．7 表面张力测定

2．2 分子动力学模拟

2．2．1 表面活性剂稳定的泡沫液膜模拟方法

2．2．2 油相消泡机理研究模拟方法

2．3 选用的分子模拟软件

参考文献

第三章 高温高盐条件下单一表面活性剂的泡沫稳定性及机理

3．1 单一表面活性剂泡沫稳定性

3．1．1 盐度对单一表面活性剂稳定的泡沫稳定性的影响

3．1．2 高温高盐下不同表面活性剂泡沫稳定性

3．2 镁离子存在下AE3S泡沫的超高稳定性

3．2．1 钙镁离子存在下的泡沫稳定性

3．2．2 表面活性剂在气液界面上吸附行为的分子模拟

3．2．3 表面活性分子在气液界面上的吸附行为

3．2．4 表面活性剂与反离子的相互作用

3．2．5 表面活性剂分子排布行为对泡沫稳定的影响机理

3．2．6 傅立叶红外探测泡沫液膜

3．3 本章小结

参考文献

第四章 高温高盐条件下复配表面活性剂的泡沫稳定性及机理

4．1 表面活性剂复配体系的泡沫稳定性

4．2 AES与DSB复配体系的泡沫稳定性机理研究

4．3 海水基泡沫稳定性研究

4．4 本章小结

参考文献

第五章 油相对泡沫性能的影响

5．1 原油及模拟油对泡沫性能的影响

5．1．1 油相对泡沫生成能力的影响

5．1．2 油相对泡沫静态稳定性的影响

5．1．3 油相对泡沫动态稳定性的影响

5．1．4 油相与泡沫相互作用机理研究

5．1．5 小结

5．2 不同纯组分油相对泡沫性能的影响

5．2．1 实验部分

5．2．2 油相抑泡结果

5．2．3 油分子在气液界面的吸附

5．2．4 泡沫液膜各组分浓度分布

5．2．5 小结

参考文献

第六章 发泡气体对泡沫性能的影响

6．1 实验试剂及条件

6．2 复合气体代替氮气作为发泡气体对泡沫性能的影响

6．2．1 泡沫生成能力变化

6．2．2 发泡气体对泡沫静态稳定性的影响

6．2．3 发泡气体对泡沫动态稳定性的影响

6．2．4 小结

6．3 二氧化碳泡沫研究

6．3．1 不同表面活性剂稳定的二氧化碳泡沫

6．3．2 二氧化碳泡沫影响因素研究

6．3．3 二氧化碳破泡机理研究

6．3．4 小结

参考文献

致谢

攻读硕士期间的研究成果