黏弹性表面活性剂及其在油田中的应用

介绍了黏弹性表面活性剂溶液的性质，确定黏弹性表面活性剂性质的测试方法和实验手段，以及其内部微观结构和流变特性等方面的研究成果。当黏弹性表面活性剂溶液浓度增加到某一临界浓度时，球形胶束开始向蠕虫状胶束转变，溶液黏度突然增大，随着浓度的进一步增大，蠕虫状胶束快速生长、增长并形成线型柔性棒状胶束，柔性棒状胶束相互缠绕、粘附甚至融合，形成某种超分子三维网状结构，溶液黏度急剧增加，并表现出较强的黏弹性。概述了黏弹性表面活性剂在油田中的应用，特别是在压裂液、酸液、钻井液及提高采收率等方面的应用，指出了黏弹性表面活性剂广泛运用的前景和尚未解决的问题。     

一种氧化胺表面活性剂pH响应蠕虫状胶束流变行为研究

利用流变学方法研究了不同pH条件下两性表面活性剂α-羧基十三烷基二甲基氧化胺(CTAO)在水溶液中的聚集行为。实验结果表明,在温度25~60℃区间内,浓度范围为55~125 mmol/L,溶液pH=6.0~6.7时,无需任何添加剂CTAO水溶液即可形成蠕虫状胶束,其流变行为符合Maxwell模型,零剪切黏度最高可达26.5 Pa·s。在溶液pH7的条件下,分子在溶液中的存在形式发生改变,分子间作用的斥力增加,蠕虫状胶束转变为球状胶束,其黏度接近于水,零剪切黏度约是pH=6.2时的1/4 000。该pH响应蠕虫状胶束体系仅由CTAO溶于水形成,其相变pH范围窄,具有制备容易、体系简单、流变性能变化显著的特点。     

十六烷基三甲基水杨酸铵水溶液的电导和流变性能研究

研究了十六烷基三甲基水杨酸铵水溶液在稀溶液和亚浓溶液范围的电导和流变行为。体系的电导率-浓度曲线显示2个转折点:第一个转折点对应临界胶束浓度(cmc),第二个对应体系开始形成棒状胶束的浓度。计算了胶束化的热力学函数变化,证实胶束化过程主要来自于焓驱动。流变实验表明:所有体系均显示剪切稀化行为;溶液质量摩尔浓度高于119 mmol·kg-1时,体系符合Maxwell流体行为,具有单一结构弛豫时间;体系的高黏度来自于短棒状胶束之间的链接而不是缠结的蠕虫状胶束。     

基于“lock-in”效应的阳离子三联表面活性剂蠕虫状胶束流变性能

以三联阳离子表面活性剂双(2-羟基-二亚甲基醚)-α,ω,γ-三(十六烷基二甲基氯化铵)(16-4(OH)-16-4(OH)-16)在水杨酸钠(NaSal)及氯化钠(NaCl)作用下形成的蠕虫状胶束为研究对象,向该体系中增溶苯乙烯(S_t)引发聚合,探讨了聚合前后胶束溶液的流变性能。通过表观黏度法研究了16-4(OH)-16-4(OH)-16/NaSal/NaCl及十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)/NaSal两种体系聚合后溶液的耐温(T)及耐剪切性,并利用流变测试对16-4(OH)-16-4(OH)-16/NaSal/NaCl体系增溶S_t聚合前后溶液性能进行了表征。结果表明:CTAB/NaSal胶束体系中S_t最佳增溶量为0.05 g,T=100℃或剪切90 min,聚合后溶液表观黏度(η_a)分别为66.9、15.5 mPa·s;而16-4(OH)-16-4(OH)-16/NaSal/NaCl胶束中S_t 最佳增溶量为0.10 g,T=100℃且连续剪切90 min后,聚合后溶液的η_a 始终维持在99.1 mPa·s,该体系聚合后稳态模量(G₀)高于未增溶S_t体系,由此说明蠕虫状胶束内S_t聚合物链可以产生对其微结构的“lock-in”效应。     

Tween20/40的CMC测定及NaCl的影响

以高浓度碘的水溶液作为显色剂,用紫外吸收分光光谱法测定非离子表面活性剂Tween20和Tween40的临界胶束浓度（CMC）分别为519×10-5 mol/L和190×10-5 mol/L,再采用黏度法测定这2种表面活性的CMC分别为500×10-5 mol/L和193×10-5 mol/L,并研究了不同浓度的NaCl溶液对临界胶束浓度和黏度的影响。结果表明黏度法的测定结果与文献基本接近。当体系中存在NaCl溶液时,CMC值基本无变化,而溶液的相对黏度随着盐的浓度增大呈下降趋势。当NaCl为定值时,体系的相对黏度呈现先增加,在CMC之后,体系黏度基本保持不变。 关键词：分光光度法;黏度;临界胶束浓度     

一种含羟丙基的阳离子表面活性剂的流变性能

用稳态和动态剪切流变学方法测定了3-十四烷氧基-2-羟丙基三甲基溴化铵(R14HTAB)水溶液的流变特性。结果表明,R14HTAB溶液的自组装结构在测定的浓度范围内经历了3次结构转变,从球形胶束到棒状胶束再到黏弹性的蠕虫状胶束,最后转变为六角状溶致液晶;在R14HTAB浓度超过360 mmol/kg以后为球形到棒状胶束的转变;交缠浓度约为500 mmol/kg,零剪切黏度(η0)与R14HTAB浓度(C)之间遵循指数关系,η0∝C5.7。用冷冻蚀刻电镜进一步证实了胶束的微观结构。稳态和动态黏度实验中Cox-Merz规律的偏离主要来自于氢键的形成。     

pH对油酸钠/盐酸三乙胺蠕虫状胶束流变性质的影响

用流变学方法研究了pH对油酸钠/盐酸三乙胺(NaOA/Et3NHCl)蠕虫状胶束溶液流变性质的影响。通过稳态剪切和动态流变实验发现,30℃时,NaOA(0.12 mol/L)/Et3NHCl(0.2 mol/L)溶液在pH=8.20~9.40循环变化时,pH对溶液黏度的改变具有"开关"效应,可实现黏度在3~27 649 mPa·s时反复变化3次以上。体系在pH=8.55~9.02时为蠕虫状胶束,其流变行为符合Maxwell模型。这种溶液流变性对pH的响应行为是由于pH对反离子Et3NH+与NaOA的相互作用影响而产生的。当pH降低时,反离子Et3NH+的离子势增大,导致胶束表面电荷密度降低,蠕虫状胶束进一步增长。当pH=8.64,胶束因相互吸引而析出。而在初始条件下,升高pH=9.40,反离子Et3NH+从胶束中解吸出来,蠕虫状胶束受到破坏。     

用于压裂返排液超支化交联剂的合成及其性能评价

以聚乙烯亚胺、乙二醇、多元醇、硼砂为主要原料合成超支化聚氨基硼和四乙烯五胺硼酸酯交联剂,并对产物进行结构表征及压裂返排液重复配液性能测试。将0.35%羟丙基胍胶溶液与合成的聚超支化氨基硼交联剂以100∶0.4交联比交联,形成的压裂液冻胶体系在7 min左右达到压裂液黏度要求,在80℃、170 s^-1连续剪切70 min时压裂液黏度在100 mPa·s左右,满足行业标准要求(黏度>50 mPa·s)。对此过程进行破胶,破胶液黏度最终为3.2 mPa·s,破胶液中的残渣浓度为198 mg/L。与之相比,四乙烯五胺硼酸酯交联剂体系不能满足返排液的配液要求。用破胶后的压裂返排液再次进行配液,将温度设置到80℃、170 s^-1不间断剪切70 min,将压裂液中的黏度调整至50 mPa·s以上,破胶液黏度为3.4 mPa·s。该交联剂使压裂返排液能重复利用。这对节约水资源、降低环境污染具有广阔的工业化前景。     

阴离子双子表面活性剂/Bola盐体系中蠕虫胶束的形成与性质

研究了一种羧酸盐双子表面活性剂C122C12与一类Bola盐混合体系的流变行为。在Bola盐的作用下,C122C12在较低浓度下即可生成蠕虫胶束。随着Bola盐比例的增大,蠕虫胶束快速生长,体系粘度显著提升。在较高的Bola盐浓度下,溶液中的胶束产生分枝,引起体系粘度的下降。随着联接链长度的增加,Bola盐的头基电荷密度减小,对蠕虫胶束生长的促进作用减弱。     

Gemini表面活性剂18-3-18/trans-ACA光敏胶束紫外光照过程流变动力学及界面流变性研究

研究了由Gemini阳离子表面活性剂丙撑基双(十八烷基二甲基氯化铵)(18-3-18)和反式偶氮苯-4-苯甲酸(trans-ACA)复配形成的光敏胶束新体系紫外光照过程的流变性质和界面流变性质,分别考察了光敏胶束浓度、紫外光照时间对胶束体系紫外光照过程流变性质的影响并建立流变动力学方程。结果表明:对18-3-18/trans-ACA(8mmol·L~(-1)/10 mmol·L~(-1))体系,随365 nm的紫外(UV)光照,光敏胶束体系黏弹性明显减弱,紫外光照500 s后体系复黏度减小92%;胶束浓度越大,体系黏弹性越强,紫外光照过程中体系黏弹性下降越慢;获得了流变动力学方程可表征光敏胶束弹性模量和复黏度随紫外光照过程的变化。进一步考察了稀释20000倍的18-3-18/trans-ACA(8 mmol·L~(-1)/10mmol·L~(-1))胶束溶液在不同光照条件下的界面扩张流变性。结果表明,该溶液经1 h UV照射后表面张力增大45%,界面扩张模量减小约32%,再经可见光照8 h后溶液界面流变性质可以恢复,首次证明其为界面流变性可逆的光敏表面活性剂溶液。     

氨基酸型/甜菜碱型表面活性剂黏弹性胶束体系研究

以氨基酸型表面活性剂月桂酰基肌氨酸钠(LS)和两性表面活性剂椰油酰胺丙基羟磺甜菜碱(CHSB)复配得到了黏弹性胶束体系。考察了CHSB与LS的质量比、pH和NaCl添加量对体系黏度的影响;比较了不同条件下体系的流变性能。结果表明,在pH=5.1和m(CHSB)∶m(LS)=8∶4时体系的黏度达到最大24 500 mPa·s,触变环面积显著增大;NaCl质量分数低于4.0%时,添加NaCl对体系有增黏效果;质量比、pH和NaCl含量的改变可增大胶束体系的弹性模量和黏性模量十几倍;证明黏弹性胶束体系具有明显的剪切变稀性,流动曲线可用非线性共转Jeffreys模型表征。     

AES/Na_2CO_3蠕虫状胶束溶液流变性研究

采用流变学方法分别考察了脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)质量分数、碳酸钠(Na_2CO_3)质量分数、AES水解和温度对AES/Na_2CO_3蠕虫状胶束溶液流变性能的影响。结果表明,Na_2CO_3的加入可以促进AES蠕虫状胶束的生长。与氯化钠相比,碳酸钠对AES溶液的增黏机制更加复杂。碳酸钠加量小时,反离子Na~+作用小而增黏能力弱;加量高的碳酸钠溶液碱性强,可拟制AES水解,导致活性分子数量增加,表现出较强的增黏能力。同时发现,缩短AES酸性水解时间,有利于改善蠕虫状胶束体系的黏弹性。随着温度升高,AES/Na_2CO_3体系黏弹性逐渐减弱,超过70℃后,体系呈黏性流体。     

NaSal/NaCl诱导阳离子蠕虫状胶束的形成及流变性研究

以阳离子三联表面活性剂双(2-羟基-二亚甲基醚)-α,ω,γ-三(十六烷基二甲基氯化铵)(TrimerC16)为主剂,水杨酸钠(Na Sal)为有机反离子,氯化钠(Na Cl)为无机反离子,制备了阳离子蠕虫状胶束体系。利用电导率-表观黏度法研究了TrimerC16的相行为,考察了不同有机反离子Na Sal、苯甲酸钠(Na BENZ)及甲酸钠(Na FM)对TrimerC16克拉夫特温度(Tk)的影响,通过动态流变手段研究了TrimerC16/Na Sal/Na Cl的流变行为,并采用表观黏度法考察了温度(T)及剪切时间(ts)对该体系表观黏度(ηa)的影响。结果表明:TrimerC16的临界囊泡浓度(CVC)为0.015 mmol?L?1,临界胶束浓度为0.042mmol?L?1;三种有机反离子对TrimerC16的Tk影响大小顺序为:Na SalNa BENZNa FM;剪切速率(r′)为100 s?1时,TrimerC16/Na Sal/Na Cl体系的黏度仍高达70 m Pa·s;T=100℃时,转速为50 r?min?1下,TrimerC16/Na Sal/Na Cl体系的ηa为61.8 m Pa?s,而同一测试条件下,相同摩尔浓度的单链表面活性剂胶束体系的ηa已接近水的黏度。TrimerC16/Na Sal/Na Cl蠕虫状胶束体系耐较高温、耐剪切且破胶彻底。     

十六烷基三甲基氯化铵和水杨酸钠胶束水溶液的黏度特性

研究了工业级十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)与水杨酸钠(NaSal)在乙二醇-水中形成胶束水溶液的黏度特性.分别考察了CTAC和NaSal浓度、乙二醇体积分数以及温度对形成胶束水溶液黏度规律的影响.结果表明,在乙二醇-水介质中,在一定NaSal浓度下,随CTAC质量浓度增大,胶束溶液的相对黏度将提高并出现最大值.乙二醇可弱化胶束结构强度,胶束溶液黏度随乙二醇含量的增加而降低.乙二醇体积分数低于15%时可形成黏度较大具有黏弹性的胶束体系;当乙二醇体积分数达到20%时,胶束水溶液黏度接近于溶剂黏度.在298 K～333 K内,CTAC与NaSal胶束溶液的黏度随温度升高而降低.     

本溪组致密砂岩储层冻胶酸体系的优选

针对鄂尔多斯盆地东缘本溪组致密砂岩储层酸压改造的酸液体系酸岩反应速率快、酸液穿透距离短、压裂效果不理想等问题开发了冻胶酸酸压工艺,利用冻胶酸体系黏度高、滤失低、缓速缓蚀、破胶彻底等优点,实现酸液体系深穿透,提高酸蚀裂缝导流能力。通过流变、水浴破胶、表/界面张力、酸岩反应速率等测试手段评价冻胶酸体系的常规性能、高温流变性能、破胶性能、缓速性能以及残酸对地层的伤害能力,根据结果优选出重科冻胶酸+15%HCl的酸液体系。结果表明,该体系常规性能良好;在70℃、170 s~(-1)的剪切速率下经过80 min耐温剪切后黏度保持在300 m Pa·s;破胶4 h后黏度低至2 m Pa·s,且破胶液表/界面张力低;酸岩反应速率低,缓速性能良好;残酸中残渣质量分数低,表现出低伤害、返排效果好等优点。     

暂堵用小分子水凝胶的构筑及性能研究

以芥酸酰胺丙基二甲胺(芥酸PKO)、无水柠檬酸(CA)及十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)三种小分子物质构筑了一种暂堵用小分子水凝胶。研究了小分子水凝胶的成胶性能、破胶性能，以及流变性能。结果表明，CTAB能够促进蠕虫状胶束的增长，从而促进形成水凝胶。碳酸钠通过破坏形成蠕虫状胶束的静电作用而实现快速破胶。流变结果表明，小分子水凝胶是由蠕虫状胶束相互缠结而形成了网络结构，具有凝胶的黏弹性特征，这在暂堵领域有潜在应用前景。     

AES/Na_2CO_3蠕虫状胶束溶液流变性研究

采用流变学方法分别考察了脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)质量分数、碳酸钠(Na_2CO_3)质量分数、AES水解和温度对AES/Na_2CO_3蠕虫状胶束溶液流变性能的影响。结果表明,Na_2CO_3的加入可以促进AES蠕虫状胶束的生长。与氯化钠相比,碳酸钠对AES溶液的增黏机制更加复杂。碳酸钠加量小时,反离子Na⁺作用小而增黏能力弱;加量高的碳酸钠溶液碱性强,可拟制AES水解,导致活性分子数量增加,表现出较强的增黏能力。同时发现,缩短AES酸性水解时间,有利于改善蠕虫状胶束体系的黏弹性。随着温度升高,AES/Na_2CO_3体系黏弹性逐渐减弱,超过70℃后,体系呈黏性流体。     

羟丙基纤维素溶液的流变性能

采用ARES-RFS流变仪测定了羟丙基纤维素溶液的流变性能,考察了温度、溶液浓度、醚化剂量对溶液流变行为的影响,并得到了溶液的非牛顿指数、黏流活化能及结构黏度指数。结果表明:羟丙基纤维素溶液属于假塑性流体,随温度升高、浓度降低、醚化剂用量的增加,该溶液的表观黏度降低,非牛顿指数增大。     

表面活性剂复配蠕虫胶束体系耐盐抗碱性能

采用阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)和两性表面活性剂十八烷基羟基磺酸基甜菜碱(ODHSB)复配构建了蠕虫胶束体系。研究体系的流变学行为,耐盐性能,抗碱性能。结果表明,当体系的温度为50℃,n(ODHSB)∶n(SDS)=5时,体系的黏度随质量浓度的增加而增大;不同种类和不同质量浓度的无机盐对胶束的影响不同,体系黏度随无机盐质量浓度的增加先升高后降低,体系有较强的耐一价金属和二价金属的能力,在弱碱质量浓度为2 500mg/L、或强碱质量浓度为10 000mg/L时,体系仍显示较好的抗碱性能。     

用流变学方法研究铝离子存在时阴离子表面活性剂胶束的生长和结构(英文)

表面活性剂溶液的流变行为是影响表面活性剂应用的重要因素之一。用流变学方法 ,通过测定溶液在不同浓度和温度时的剪切粘度和应力研究了铝离子存在时阴离子表面活性剂十二烷基聚氧乙烯 (3)硫酸钠 (AES)胶束的生长和结构。结果表明 ,升高表面活性剂和盐的浓度或降低温度都可以促进胶束的生长 ,并且形成虫状胶束和网络结构 ;溶液的流变行为不符合Maxwell模型 ,表现为非线性粘弹性和非牛顿流体