十四烷基三甲基溴化铵蠕虫状胶束的形成及其线性黏弹性

以阳离子表面活性剂十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)溶液作为反应主剂,油酸钠(NaOA)溶液作为反应助剂,制备得到了TTAB/NaOA蠕虫状胶束,并研究了表面活性剂摩尔比、主剂质量分数对蠕虫状胶束线性黏弹性的影响。结果表明,当主剂TTAB与助剂NaOA的摩尔比为2.6∶1～4.6∶1,TTAB质量分数在7%～16%之间时,溶液中均有蠕虫状胶束形成。当主剂TTAB与助剂NaOA的摩尔比为4.2∶1,TTAB质量分数为14%时,零剪切黏度可达到最大值即为η₀=15 324 mPa·s,且溶液体系的平台模量G₀和弛豫时间τ_R也达到最大值,此时溶液体系中蠕虫状胶束长度最长,网络结构最为紧密,并呈现出良好的线性黏弹性。由上述溶液体系的实际Cole-Cole图表明本文探讨研究的蠕虫状胶束体系是符合麦克斯韦模型的线性黏弹性流体。     

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。     

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。     

十六烷基三甲基溴化铵/油酸钠混合体系蠕虫状胶束流变性研究

阴、阳离子表面活性剂之间强烈的相互作用利于形成自由弯曲的蠕虫状胶束。本文利用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和阴离子表面活性剂油酸钠(NaO A)制备了CTAB/NaO A蠕虫状胶束,研究了两表面活性剂的混合比和表面活性剂总浓度的变化对蠕虫状胶束体系稳态流变性及动态黏弹性的影响。结果表明,蠕虫状胶束在剪切过程中的解缠、拟网状结构的破坏以及最终沿剪切速度方向取向等是蠕虫状胶束产生剪切稀释特性的原因。两表面活性剂的混合比和表面活性剂总浓度的变化导致表面活性剂之间的静电作用、疏水作用发生较大的变化,最终引起体系内部表面活性剂聚集体形态的差异。体系内蠕虫状胶束长度、体系结构复杂程度、蠕虫状胶束形成的网络结构的致密度等都影响着体系的流变行为。在混合比R=3.6、总浓度cT=0.24 mol/L时,体系中蠕虫状胶束最长,网络结构最为紧密,体系的零剪切黏度达到最大值。表面活性剂浓度一定时,混合比的提高有助于蠕虫状胶束的定向生长,弛豫时间τR和储能模量高频区平台模量G0提高,R=3.6时两者皆达到极大值,此后由于蠕虫状胶束的分枝化及(或)胶束破裂导致τR及G0下降。在表面活性剂混合比一定(R=3.6)时,表面活性剂浓度的提高利于蠕虫状胶束的增长或者分枝化,增加了胶束网络结构缠绕(融合)点的密度,导致G0逐渐增大。Cole-Cole图证实本文研究的蠕虫状胶束体系是符合Maxwell模型的线性黏弹性流体。     

阳离子双子表面活性剂C18-4- C18•2Br的流变性

对阳离子双子表面活性剂四亚甲基-1,2-双(十八烷基二甲基烷基溴化铵)(C18-4-C18.2Br)的流变特性进行了研究,考察了表面活性剂质量分数、水杨酸钠质量分数及温度对表面活性剂溶液黏度和黏弹性的影响。C18-4-C18.2Br溶液的黏度随着质量分数的增加而增加。随着水杨酸钠质量分数的增加,C18-4-C18.2Br溶液的黏度和黏弹性出现先增加后下降的过程。温度对C18-4-C18.2Br溶液的黏度有较大影响,水杨酸钠的加入可明显提高C18-4-C18.2Br溶液的抗温性。TEM结果表明,适量的水杨酸钠能够促进C18-4-C18.2Br胶束从球形向蠕虫状转变,过量的水杨酸钠又会使蠕虫状胶束向囊泡转变。     

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。     

疏水缔合聚合物的静态悬砂性能研究

本文考察了部分水解聚丙烯酰胺BRQ-0和疏水缔合聚合物BRQ-5的黏度-剪切速率和黏弹性，并对不同黏度下的聚合物水溶液进行了静态悬砂性能研究。结果表明：通过黏度-剪切速率曲线，拟合出剪切速率170 s^-1下黏度区间10～30 mPa·s对应的聚合物浓度，为后续的黏弹性和静态悬砂性能研究做准备；在黏度区间10～30 mPa·s内，疏水缔合聚合物的弹性模量G′更大；在黏度区间10～30 mPa·s内，疏水缔合聚合物的静态携砂性能比部分水解聚丙烯酰胺要好，规律与聚合物的黏弹性相符合。     

硅酸盐复合黏弹性驱油剂的研究与评价

使用黏弹性表面活性剂形成具有一定黏弹性的蠕虫状胶束,所需原料的浓度较高,成本较高,制约了黏弹性表面活性剂驱油剂在现场的应用。以液体硅酸钠、两性表面活性剂、纳米二氧化硅为原料,制备了在经济使用浓度下能够显著提高注入水黏度且具有优良驱油性能的黏弹性驱油剂。透射电镜表征结果表明,驱油剂在有效质量分数为0.3%条件下即可达到较高的黏度。调整液体硅酸钠、表面活性剂的有效质量分数为0.12%~0.20%,制备的驱油剂的黏度达到10~50 mPa·s。实验对比了常用聚合物与黏弹性驱油剂的驱油效果,结果显示黏弹性驱油剂的驱油效果几乎是聚合物的2倍。这项工作为开发新型高效驱油剂提供了新方法,也为驱油剂流变学研究提供了新思路。     

表面活性剂虫状胶束流体中颗粒沉降负尾迹模拟

颗粒在剪切稀释黏弹性表面活性剂形成的蠕虫状胶束流体中沉降时会产生负尾迹,负尾迹的形成对该种复杂流体与固体颗粒之间的相互作用具有重要影响。基于Giesekus本构方程,采用POLYFLOW软件模拟了黏弹性表面活性剂(Viscoelastic Surfactant, VES)蠕虫状胶束流体中单颗粒的沉降过程,分析了流体松弛时间和迁移因子对颗粒周围速度场及应力场的影响,重点研究了颗粒尾部速度负尾迹的产生原因及其对颗粒曳力的影响。结果表明,Giesekus本构方程能够描述VES流体的非线性剪切变稀行为和弹性导致的拉伸变形。流体弹性导致颗粒尾部产生较大的拉伸变形,剪切稀化和流体弹性的共同作用使颗粒尾部产生拉伸变形,导致负尾迹出现。表征流体弹性的De(黛博拉数)越大,流体拉伸黏度的Tr(特劳顿数)越小,负尾迹越长。负尾迹的出现使VES流体中颗粒所受曳力减小,沉降速度开始增加。模拟结果为此种流体的进一步应用提供了一定的研究基础。     

具有高温流变学稳定的VES压裂液性能的分析研究

针对目前黏弹性表面活性剂压裂液耐温性不足、成本高的缺点,研制了双子阳离子表面活性剂FL-25,并以其作为稠化剂配制成压裂液.FL-25无须添加任何有机或无机盐,便可在水中形成黏弹性流体.对新型双子阳离子表面活性剂的流变性质和热稳定性进行实验研究.结果表明:F-25溶液具有较好的稳定性、黏弹性、触变性和抗剪切性.在温度为110℃、剪切速率为170 s?1时,剪切90 min黏度保持在69 mPa·s,表现出良好的耐高温性能.