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三次采油用新型发泡剂的合成及其性能研究

作　者: 刘优昌
导　师: 毕彩丰；范玉华
学　校: 中国海洋大学
专　业: 应用化学
关键词: 三次采油合成阴离子型表面性能发泡性
分类号: TQ423.94
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

世界上有许多油田应用注水开发,其中大多数已进入开发的中、后期,由于储层的非均值性及油、水流度比不好,使得这些油田尽管含水率很高,但仍然残余一定的原油。泡沫驱作为一种环保、高效的采油方法在三次采油中发挥了很好的作用,对其的研究已有三十多年的历史,被应用于现场并且取得了一定的成效,运用泡沫提高采收率有独到之处,一方面是阻力系数很高,有利于流度控制,进一步提高采收率,另一方面,可节约化学剂用量,降低成本。但目前国内对高温高盐油藏泡沫驱油体系及矿场的应用鲜有报道,所以研究一种在高矿化度和高温度下具有良好泡沫性能的发泡剂具有重要意义。本文从分子设计的角度,设计并合成了一系列三种新型发泡剂—高级脂肪酰胺磺酸盐。探讨了合成三种产物的最佳反应条件,对产物的结构进行了表征。测定了终产物的有效物含量,临界胶束浓度,临界表面张力和乳化性能;研究了产物的发泡性能以及温度、盐分、模拟原油、溶液pH对发泡性的影响。以高级脂肪酸、乙二胺、环氧氯丙烷和亚硫酸氢钠为主要原料合成了一系列阴离子表面活性剂,通过红外光谱、氢核磁共振波谱对所得产物的结构进行了表征,结果表明得到的产物的结构与理论产物分子结构相符。从反应温度、投料比、反应时间、溶剂选择等方面对合成条件进行了优化,确定了最优反应条件。月桂酰胺的合成,反应投料摩尔比月桂酸:乙二胺=1:3,月桂酸滴加时间90min,反应时间4h;3-氯-2-羟基磺酸盐的合成,选用TBAB(四丁基溴化铵)为催化剂,亚硫酸氢钠和亚硫酸钠为磺化剂,环氧氯丙烷滴加时间为1.5h,反应温度为85℃.最终产物的合成:羟基磺酸钠和高级脂肪酰胺摩尔比为1:1.2,溶剂选用1:3的水/乙醇溶液,反应时间6h最佳。利用两相滴定法,以海明1622作为滴定剂,亚甲基兰和百里酚蓝作为混合指示剂,对最终产物的有效物含量进行了测定,经测定产物活性物含量分别为69.78%,68.77%,68.38%。运用最大起泡法和电导率法测定了所合成的发泡剂的临界胶束浓度(cmc)及临界表面张力(γcmc),发现与十二烷基硫酸钠相比,所合成的高级脂肪酰胺磺酸盐具有很低的cmc和较强的表面活性。利用石油醚做溶剂,研究了各产物的乳化性能,发现随着碳链增长,乳化性能提高,并通过与传统发泡剂的比较,发现各产物有较好的乳化性能。本文采用Waring-blender方法,重点研究了系列新型发泡剂的发泡性能,研究了起泡剂浓度与发泡性能方面的关系,产物的起泡性能随浓度的增加而迅速增大,当浓度达到一定值0.25%后(约临界胶束浓度前后),各产物的泡沫体积增长缓慢,最后趋于平衡。对产物的起泡性能做了耐高温、抗盐性能做了系列测试,实验结果表明,产物在温度70℃内,矿化度40mg/L以内具有良好的泡沫性能。研究了大庆油田含水18%的原油对体系泡沫性能的影响,发现随着原油量的加入,产物的起泡性逐渐降低,在原油加量10%以内起泡性能降低缓慢,高于10%下降显著。研究了在浓度为0.25%,矿化度为40mg/L,温度30℃时的起泡剂性能受溶液pH的影响,结果表明,溶液pH在4.1时发泡剂的泡沫稳定性最大。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
1. 文献综述  12-32
  1.1 三次采油技术的历史  12-14
  1.2 采油用表面活性剂  14-18
    1.2.1 表面活性剂驱油的发展  14-15
    1.2.2 驱油用表面活性剂  15-18
      1.2.2.1 石油羧酸盐  16
      1.2.2.2 烷基芳基磺酸盐  16-17
      1.2.2.3 木质素磺酸盐  17
      1.2.2.4 石油磺酸盐  17-18
  1.3 泡沫驱油技术  18-28
    1.3.1 国内外现状  18-19
    1.3.2 泡沫体系组成  19
    1.3.3 泡沫的分类及其主要参数  19-21
    1.3.4 泡沫的稳定性  21-28
      1.3.4.1 泡沫的衰变机理  21-22
      1.3.4.2 气体透过液膜的扩散  22-23
      1.3.4.3 影响泡沫稳定性的因素  23-28
      1.3.4.4 提高泡沫稳定性的方法  28
  1.4 起泡剂  28-31
    1.4.1 对起泡剂的要求  28
    1.4.2 起泡剂的种类  28-31
  1.5 本文选题目和意义及主要研究内容  31-32
    1.5.1 选题目的和意义  31
    1.5.2 主要研究内容  31-32
2. 发泡剂的合成与表征  32-55
  2.1 实验仪器与试剂  32-33
  2.2 化合物的合成路线与合成工艺  33-37
    2.2.1 各步产物的合成路线  33-34
    2.2.2 合成步骤  34
    2.2.3 两相滴定法测定产物有效物含量  34-36
      2.2.3.1 主要试剂及配制  35
      2.2.3.2 实验步骤  35-36
    2.2.4 红外光谱分析  36
    2.2.5 核磁共振分析  36-37
  2.3 结果与讨论  37-53
    2.3.1 影响3-氯-2-羟基丙磺酸钠质量及收率的因素  37-39
    2.3.2 影响十二酰胺质量及收率的因素  39-41
    2.3.3 影响高级脂肪酰胺磺酸盐产率的因素  41-43
      2.3.3.1 原料配比对收率的影响  41
      2.3.3.2 溶剂配比对产率的影响  41-42
      2.3.3.3 反应温度对产率的影响  42-43
      2.3.3.4 反应时间对产率的影响  43
    2.3.4 两相滴定法测定产物的有效物含量  43-45
      2.3.4.1 标准曲线的测定  43-45
      2.3.4.2 两相滴定法测定各产物的有效含量  45
    2.3.5 产物的红外光谱分析  45-50
    2.3.6 各产物的~1H NMR  50-53
  2.4 小结  53-55
3. 新型发泡剂的表面性能研究  55-62
  3.1 仪器与试剂  55
  3.2 临界胶团浓度CMC 及临界表面张力ΓCMC 的测定  55-60
    3.2.1 cmc 及γcmc 的测试原理  55-56
    3.2.2 表面张力法测定产物的cmc 及γcmc  56-58
    3.2.3 电导率法测定各产物的cmc  58-60
  3.3 各产物乳化性能的测定  60-61
    3.3.1 乳化性能的测试原理  60
    3.3.2 测定方法  60
    3.3.3 结果与讨论  60-61
  3.4 小结  61-62
4. 高级脂肪酰胺磺酸盐的起泡能力研究  62-74
  4.1 仪器与试剂  62-63
  4.2 浓度对泡沫性能的影响  63-65
  4.3 温度对泡沫性能的影响  65-66
  4.4 无机盐对泡沫性能的影响  66-68
  4.5 原油对体系泡沫性能的影响  68-70
  4.6 PH 值对体系泡沫性能的影响  70-72
  4.7 本章小结  72-74
5. 结论  74-76
  5.1 论文主要结论  74
  5.2 论文创新之处  74-76
参考文献  76-79
个人简历  79
发表的学术论文  79-80
致谢  80

三次采油用新型发泡剂的合成及其性能研究

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