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作 者： 張路　羅瀾　李宗琦　趙濉　俞稼鏞
關(guān) 鍵 詞：
摘 要：
摘要:本文系統(tǒng)研究了不同離子強(qiáng)度和堿濃度條件下勝利原油 堿水體系的動(dòng)態(tài)界面張力特性,考察了復(fù)合驅(qū)體系各組分對(duì)界面張力的影響。發(fā)現(xiàn)勝利原油與堿水間的界面張力在適宜的離子強(qiáng)度和堿濃度條件下達(dá)到低,堿與表面活性劑之間在降低界面張力方面存在明顯的協(xié)同效應(yīng),而表面活性劑與聚合物之間不存在明顯的協(xié)同效應(yīng)。
內(nèi) 容：
復(fù)合驅(qū)強(qiáng)化采油配方中涉及堿、表面活性劑、聚合物等組分,這些組分間的相互作用對(duì)驅(qū)油體系的性質(zhì)有極大的影響。要選擇適合不同油藏條件的復(fù)合驅(qū)油體系,就必須深入研究復(fù)合驅(qū)體系各組分間相互作用對(duì)界面性質(zhì)的影響,從而針對(duì)不同特性的原油,相應(yīng)地調(diào)節(jié)復(fù)合驅(qū)系的組分及其比例。
原油中的有機(jī)酸組分與堿水反應(yīng)生成的離解酸類表面活性劑自身具有的界面活性及其與復(fù)合驅(qū)配方中的外加表面活性劑之間的協(xié)同作用,是復(fù)合驅(qū)體系在低表面活性劑用量條件下獲得超低界面張力的關(guān)鍵。從20世紀(jì)80年代以來,研究者針對(duì)酸性原油-堿水體系進(jìn)行了低界面張力機(jī)理的研究工作[1-5],但早期研究在進(jìn)行堿濃度掃描時(shí),離子強(qiáng)度和pH值同時(shí)變化,對(duì)低界面張力機(jī)理的闡釋造成困難。國外從90年代初開始,在研究酸性原油堿水體系界面張力時(shí)將離子強(qiáng)度和pH值這兩種影響因素分隔開來,發(fā)現(xiàn)它們對(duì)界面張力有同等重要的影響[6-8],而國內(nèi)針對(duì)我國原油的相關(guān)研究仍未充分重視這兩者之間的關(guān)系。因此,我們系統(tǒng)地分別考察了離子強(qiáng)度和堿濃度對(duì)勝利原油 堿水體系界面張力的影響,得到了該體系產(chǎn)生超低界面張力的適宜條件。另外,我們還考察了石油磺酸鹽和聚合物對(duì)上述體系界面張力的影響。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1 化學(xué)試劑
表面活性劑:石油磺酸鹽:玉門,經(jīng)過提純,平均分子量450,簡稱PS;辛基酚聚氧乙烯（10）醚,商品名OP-10,上海助劑廠。
無機(jī)試劑:NaCl,NaOH,分析純。
原油:勝利油田孤東小井距原油,酸值2.98mgKOH/g原油,密度0.9518g/cm3,勝利油田地質(zhì)院提供。
聚合物:水解聚丙烯酰胺3530S,有效含量91.24%,水解度26%—28%,分子量1615萬,美國Pfizer公司產(chǎn)品。
1.2 動(dòng)態(tài)界面張力的測(cè)定
用SD200B型全量程界面張力儀測(cè)定未經(jīng)預(yù)平衡的油水動(dòng)態(tài)界面張力曲線,直到界面張力數(shù)值變化不大時(shí)為止。實(shí)驗(yàn)溫度為30.0℃。動(dòng)態(tài)界面張力瞬時(shí)值為4min時(shí)數(shù)值,穩(wěn)態(tài)值為界面張力變化不大時(shí)的數(shù)值。
勝利原油粘度較大,實(shí)驗(yàn)中用微量注射器吸取油樣較為困難,故用正癸烷稀釋的原油（勝利原油∶正癸烷=2∶1）進(jìn)行復(fù)合驅(qū)體系的實(shí)驗(yàn)。但由于稀釋后的原油與堿水作用強(qiáng)烈,無法有效進(jìn)行界面張力的測(cè)量,因此針對(duì)堿水體系的測(cè)量采用未稀釋的勝利原油。文中兩種不同原油的數(shù)據(jù)沒有進(jìn)行交叉對(duì)比,但不影響對(duì)結(jié)果的討論。
2結(jié)果與討論
2.1 勝利原油與堿水作用的物化條件
2.1.1 勝利原油與不同濃度氫氧化鈉溶液的動(dòng)態(tài)界面張力

由圖1可見,水相離子強(qiáng)度一定時(shí)（I=0.01）,勝利原油與不同濃度氫氧化鈉水溶液的動(dòng)態(tài)界面張力表現(xiàn)出截然不同的特征:當(dāng)NaOH濃度很低時(shí)（10-4mol/L）,原油中的酸性活性組分與堿在界面上原位生成的離解酸類表面活性劑濃度過低,動(dòng)態(tài)界面張力始終大于10mN/m;當(dāng)NaOH濃度較低時(shí)（5×10-4mol/L）,界面上原位生成的少量離解酸與有機(jī)酸混合吸附,協(xié)同作用,動(dòng)態(tài)界面張力通過一個(gè)較低的低值,而離解酸的強(qiáng)親水性使其快速從界面脫附進(jìn)入水相,界面張力穩(wěn)態(tài)值較高;在NaOH濃度適宜時(shí),界面上的離解酸和有機(jī)酸長時(shí)間維持一定的濃度,低界面張力能夠持續(xù)較長的一段時(shí)間,直到原油中的有機(jī)酸幾乎全部離解[9];當(dāng)NaOH濃度較高時(shí)（10-2mol/L）,由于有機(jī)酸原位生成表面活性劑的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于離解酸從界面脫附到水相的速度,原油中的有機(jī)酸在很短時(shí)間內(nèi)就全部離解,富集在界面上,界面張力迅速達(dá)到較低數(shù)值,而平衡時(shí)離解酸傾向于分配在水相,界面張力穩(wěn)態(tài)值較高。

由圖2可見,水相離子強(qiáng)度一定時(shí),勝利原油與不同濃度氫氧化鈉的動(dòng)態(tài)界面張力瞬時(shí)值、低值和穩(wěn)態(tài)值均隨NaOH濃度增大通過一個(gè)小值,這說明在適宜的pH條件下,界面上的離解酸和有機(jī)酸保持一個(gè)適宜的比例對(duì)界面張力的降低有利[6]。
2.1.2 勝利原油與不同離子強(qiáng)度的堿水溶液的動(dòng)態(tài)界面張力

由圖3可以看出,水相中氫氧化鈉濃度一定時(shí)（10-3mol/L）,勝利原油與不同離子強(qiáng)度的堿水溶液的動(dòng)態(tài)界面張力也表現(xiàn)出截然不同的特征。由于NaCl能夠促進(jìn)陰離子表面活性劑從水相向油相分配[10],當(dāng)離子強(qiáng)度很低時(shí)（I=0.001）,界面上原位生成的離解酸類表面活性劑具有強(qiáng)烈的向水相分配的趨勢(shì),因而不能在界面上富集,動(dòng)態(tài)界面張力始終大于10mN/m;當(dāng)離子強(qiáng)度較低時(shí)（I=0.005）,界面上原位生成的少量離解酸與有機(jī)酸混合吸附,協(xié)同作用,動(dòng)態(tài)界面張力通過一個(gè)較低的低值,隨著離解酸脫附進(jìn)入水相,界面張力開始升高;在適宜的離子強(qiáng)度,界面上的離解酸和有機(jī)酸在較長的時(shí)間內(nèi)維持一定的濃度,低界面張力能夠維持較長的一段時(shí)間;當(dāng)離子強(qiáng)度較高時(shí)（I=0.1）,可能是原位生成的表面活性劑傾向于以離解酸皂的形式分配在油相[4],界面張力穩(wěn)態(tài)值較高;當(dāng)離子強(qiáng)度進(jìn)一步增大時(shí)（I=0.25）,可能絕大部分離解酸以沒有界面活性的離解酸皂的形式分配在油相,動(dòng)態(tài)界面張力始終大于10mN/m。

由圖4可見,水相中氫氧化鈉濃度一定時(shí)（10-3mol/L）,勝利原油與不同離子強(qiáng)度堿水溶液的動(dòng)態(tài)界面張力瞬時(shí)值、低值和穩(wěn)態(tài)值均隨離子強(qiáng)度增大通過一個(gè)小值,這說明在適宜的離子強(qiáng)度條件下,界面上的離解酸和有機(jī)酸保持適宜的比例對(duì)界面張力的降低有利。
2.2 復(fù)合驅(qū)體系組分相互作用對(duì)界面張力的影響
2.2.1 堿與表面活性劑相互作用對(duì)界面張力的影響
由圖5可見,在離子強(qiáng)度不大的情況下,單獨(dú)的表面活性劑鹽溶液的界面張力大約為10-1mN/m;單獨(dú)的堿水的瞬時(shí)界面張力接近10-1mN/m,但其穩(wěn)態(tài)值大于1mN/m。堿與表面活性劑復(fù)配使用,不僅能夠產(chǎn)生瞬間超低界面張力,而且其穩(wěn)態(tài)值也大幅度降低。

由圖6可見,復(fù)合驅(qū)體系在失去堿或表面活性劑后,不僅失去了瞬時(shí)超低界面張力,而且界面張力穩(wěn)態(tài)值也升高一個(gè)數(shù)量級(jí)。堿與表面活性劑之間的這種協(xié)同效應(yīng)是復(fù)合驅(qū)體系起作用的關(guān)鍵因素。
2.2.2 聚合物對(duì)復(fù)合驅(qū)體系界面張力的影響
由圖7可見,在表面活性劑的鹽溶液中加入聚合物后,其界面張力穩(wěn)態(tài)值幾乎不發(fā)生變化,說明在降低界面張力方面聚合物與表面活性劑之間沒有明顯的相互作用。但是,由于加入聚合物改變了水相的粘度,從而影響表面活性劑分子的傳質(zhì),短時(shí)間內(nèi)的動(dòng)態(tài)界面張力數(shù)值受到影響。


由圖8可見,復(fù)合驅(qū)體系在失去聚合物后動(dòng)態(tài)界面張力曲線發(fā)生小的平移,加有聚合物的復(fù)合驅(qū)體系,其動(dòng)態(tài)界面張力低值出現(xiàn)的時(shí)間滯后,而界面張力的低值和穩(wěn)態(tài)值均不發(fā)生變化。另外,加有聚合物的復(fù)合驅(qū)體系的動(dòng)態(tài)界面張力在低值附近變化較為緩慢。這些變化均與體系的粘度增大有關(guān)。
3結(jié)論
勝利原油與單獨(dú)堿水溶液的動(dòng)態(tài)界面張力瞬時(shí)值、穩(wěn)態(tài)值和低值均隨離子強(qiáng)度和氫氧化鈉濃度的增大而通過一個(gè)小值,這說明原油中有機(jī)酸在適宜的離子強(qiáng)度和pH條件下能有效地降低界面張力。復(fù)合驅(qū)體系中的堿與表面活性劑之間在降低界面張力方面存在明顯的協(xié)同效應(yīng),而表面活性劑與聚合物之間不存在明顯的協(xié)同效應(yīng)。聚合物通過改變體系的粘度影響動(dòng)態(tài)界面張力短時(shí)間的數(shù)值和低值出現(xiàn)的時(shí)間。
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