离子型表面活性剂与纳米颗粒的稳泡作用及其机理研究

摘要

随着世界石油资源的日渐短缺，研发泡沫驱油等三次采油技术、实现废弃储量再利用成为主要产油国家应对石油资源短缺的重要举措。采用无机纳米颗粒作为稳泡剂在一定条件下具有很好的稳泡效果，并且具有很多优势。本文重点研究了离子型表面活性剂和SiO2纳米颗粒的稳泡作用及其机理。 首先使用了动态震荡方法研究了单纯的离子型表面活性剂溶液。实验表明：在达到临界胶束浓度的0.40–0.67时，表面粘弹性出现峰值。通过简化手段计算了预胶束的分子数，讨论了在临界胶束浓度之前分子胶束化可能进程。 在单纯离子型表面活性剂溶液的研究基础上，使用Zeta电势、动静态表面张力等方法研究了SiO2纳米颗粒与离子型表面活性剂的可能的组装机理。当添加了疏水SiO2纳米颗粒，表面活性剂分子在预胶束状态下解离，在疏水作用力的驱动下向颗粒表面移动。随着颗粒浓度继续增加，气液界面上表面活性剂分子开始向颗粒表面移动。当颗粒量极大时，颗粒在疏水作用力下开始向气液界面移动。添加亲水 SiO2纳米颗粒后，阳离子表面活性剂在预胶束状态下解离，在电荷作用力的驱动下向颗粒表面移动。随着颗粒浓度继续增加，气液界面上表面活性剂分子开始向颗粒表面移动。当颗粒量极大时，颗粒发生了聚沉。添加亲水 SiO2纳米颗粒后，阴离子表面活性剂与纳米颗粒没有发生任何相互作用。在此基础上对体系进行了可能稳泡机理分析。对于阳离子表面活性剂，加入纳米颗粒后，分别在疏水和电荷作用力的驱动下形成了稳定的结构单元，阻碍了泡沫聚并和液膜排液。对于阴离子表面活性剂，疏水 SiO2纳米颗粒的加入在疏水作用力的驱动下形成了稳定的结构单元，阻碍了泡沫聚并和液膜排液；亲水SiO2纳米颗粒的加入，仅仅增加了溶液的粘度，稍稍阻碍了液膜的排液。 为了验证上述机理的普遍适用性，挑选了离子液体表面活性剂氯化十六烷基吡啶（CPC），研究其与SiO2纳米颗粒之间的相互作用，并对CPC进行了采油应用实验。结果表明：机理具有一定的普遍适用性，且 CPC 完全可以取代普通表面活性剂作为起泡剂应用于三次采油。

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