纳米ZnO对CTAC蠕虫状胶束流变性能的影响

纳米材料独特的表面性质可以使材料改性,从而生产出性能优越、满足不同需要的油田化学添加剂。以十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)为主要原料,研究了纳米ZnO通过拟交联作用,对CTAC蠕虫状胶束黏度、耐温和降滤失性能的影响,分析了其作用机理。研究结果表明,水杨酸钠与CTAC的物质的量比为1.25:1时,体系形成最大长度的蠕虫状胶束,黏度达到最大;纳米ZnO能够改善CTAC黏弹性胶束溶液的黏度、热稳定性和剪切稳定性,尤其在中低温增黏效果显著,90℃高温时仍有增黏作用,改性体系黏度可以保持在60 mPa·s;优化得出纳米ZnO的质量分数为0.2%时对体系增黏效果最好;具有极高比表面积的纳米ZnO很容易吸附在胶束表面,屏蔽了胶束之间的静电排斥作用,使CTAC胶束形成一种更加稳定的三维网状结构;改性体系符合Maxwell流体模型,是具有单一松弛时间的线性黏弹性流体。      

黏弹性表面活性剂的流变性质

合成出一种新型的16-4-16,2Br^-型双季铵盐黏弹性表面活性剂,考察了其形成胶束凝胶的能力,测定了体积分数为2%的Gemini16分别与NaSal、NH4Cl水溶液形成胶束凝胶的黏度随剪切力、温度、溶液环境的变化,还考察了Gemini16/NaSal、Gemini16/NH4Cl复配体系的流变性质。结果发现该表面活性剂体系的黏度随其浓度的增大而显著增大;使用最高温度则随着平衡反离子浓度的增大而升高;在较高温度下（40℃）胶束成胶快,且黏度稳定,4%的体系胶束黏度随温度升高有下降趋势,但50-80℃时下降幅度小,在80℃以上急剧降低;体系的表观黏度随pH值的增大而增大,pH值小于6时不增黏,pH值在6-8时迅速增黏,pH值在8-14时,增黏减缓;Gemini/NaSal的弹性模量占优势,趋向于弹性凝胶体;而Gemini/NH4Cl的弹性模量和黏性模量相差不大,弹性不占绝对优势。Gemini16/NaSal复配体系有更高的适用温度,并且有相对更高的黏度值。     

pH值和盐度对阴离子蠕虫胶束/纳米流体流变性的影响

采用流变学方法考察了pH值和盐度对一种阴离子蠕虫胶束/纳米流体流变性能的影响,并结合Zeta电位测试方法探讨了蠕虫胶束与纳米碳管的相互作用机制。结果表明,3.0%(质量分数)的N-甲基油酰氨基乙基磺酸钠(JXJ209)在3.0%(质量分数)的KCl盐水中可以形成pH响应型蠕虫胶束流体。在pH值为7.0~10.0、KCl质量分数为3.0%~7.0%的条件下,该体系可形成强度较高的胶束网络结构,零剪切黏度可达2.5~5.3Pa·s。随着溶液中KCl质量分数的增加,羟基化的纳米碳管(MWNT-OH)在表面活性剂JXJ209溶液中的分散稳定性随之降低,并且在酸性区(pH7.0)和强碱性区(pH12.0)降低幅度更显著。由于MWNT-OH在低盐度和碱性条件下在JXJ209溶液中具有较好的分散稳定性,因而在此条件下MWNT-OH对阴离子蠕虫胶束流体的黏性和弹性表现出较好的改善作用。随着温度的上升,该复合流体的黏度逐渐降低,70℃下其零剪切黏度仍能保持50mPa·s以上,表现出较好的应用潜力。     

驱油黏弹性表面活性剂溶液的流变性质研究

通过室内实验研究了驱油黏弹性表面活性剂(VES-JS)溶液的流变模式、剪切流变性、增黏性和黏弹性。研究结果表明,VES-JS溶液符合假塑性流体流变特征;在低速剪切下表现出"剪切变稀"的非牛顿特征;溶液浓度大于4 500 mg/L后表现出明显的增黏性;随着溶液浓度增大,其抗剪切能力和黏弹性越强。VES-JS溶液胶束结构的稳定性受温度影响较大。     

纳米TiO2改性MES黏弹性胶束溶液的性能

 以可生物降解表面活性剂脂肪酸甲酯磺酸盐(MES)为原料,借助纳米TiO₂与MES胶束的拟交联作用改善MES黏弹性胶束溶液的耐温性与降滤失性,并采用流变测试方法优化了纳米TiO₂改性MES黏弹性胶束溶液各组分的质量分数,考察了纳米TiO₂对MES黏弹性胶束溶液热稳定性、降滤失性、悬砂性、破胶性能以及岩心渗透率的影响,分析了纳米TiO₂对MES黏弹性胶束溶液耐温性与降滤失性的影响机制。结果表明,纳米TiO2改性MES黏弹性胶束溶液的热稳定性明显增强,在70℃、170s?1条件下,其表观黏度达50mPa?s;支撑剂沉降速率明显降低,幅度达30%以上;通过纳米TiO2对MES胶束的拟交联作用,较大幅度地提高了MES胶束溶液的高温降滤失性能,且不影响MES清洁压裂液的破胶性能;纳米TiO₂改性MES黏弹性胶束溶液的破胶滤液对地层伤害小,岩心渗透率恢复率约为85%。     

黏弹性表面活性剂CTAB在钻井液中的应用

实验研究了阳离子型黏弹性表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液的流变性、抗温性、降滤失性及配套破胶剂的破胶性能。实验结果表明:将2%CTAB与3%助剂水杨酸钠NaSal混合的基液在剪切速率170s-1、温度25℃、pH=7的情况下混合均匀后能迅速增黏至160 mPa·s;加入少量复合降滤失剂LA(水解聚丙烯腈铵(NH4-HPAN)和磺化酚醛树脂(SMP-Ⅱ)混合而成的复合体系)可显著降低其常温常压滤失量;高效破胶剂Br的破胶性能良好,破胶液的黏度降至1~3 mPa·s。同时室内研究了以阳离子型黏弹性表活性剂CTAB为主剂的钻井液体系——表面活性剂胶束钻井液DIF-a:1.5%CTAB+2.0%NaSal+1.2%复合降黏剂LA+0.5%黄胞胶XC,结果表明:在钻探碳酸盐岩地层时钻井液体系DIF-a产生的流动摩阻小、降滤失性能较好,且钻完井后利于返排,储层渗透率保留率可以达到91.41%,大大降低外部流体对储层造成的损害。     

温度响应型蠕虫胶束体系抗盐性能研究

为提高温度响应型蠕虫胶束的抗盐性,采用阴离子表面活性剂十八烷基苯磺酸钠(SOBS)和两性离子表面活性剂十八烷基羟基磺基甜菜碱(ODAHPS)制得蠕虫胶束体系,研究了温度对胶束黏度的影响,考察了胶束的抗盐和抗碱性能。研究结果表明,当ODAHPS和SOBS的摩尔比为7时,胶束的响应温度为50℃;胶束黏度随着温度升高呈现先增加后降低的趋势;达到响应温度后,胶束黏度随表面活性剂总浓度的增加而增大;随角频率的增加,胶束溶液逐渐由黏性流体向弹性流体转变;胶束黏度随无机盐浓度的增加先增大后降低;胶束耐碱性能良好,当弱碱和强碱质量浓度分别为2.5 g/L和12 g/L时,胶束黏度分别为133和196 mPa·s,可以作为驱油剂使用。     

粘弹性胶束压裂液的形成与流变性质

由C16、C18烷基三甲基季铵盐和助剂配制了压裂用表面活性剂VES 60。考察了VES 60/水及其他体系形成胶束凝胶的能力。得到了一种蠕虫状胶束和一种片状胶束的环境扫描电镜照片。测定了体积分数(下同)为5%的CTAC与NaSal、NaSal+KNO3水溶液形成的胶束凝胶的粘度(70℃)随剪切速率的变化,讨论了两种盐之间的协同作用。在不同温度(10～40℃)和10s-1下,4%VES 60水溶液形成胶束的动力学包括三个阶段:链分散,低粘度;链缔合,粘度快速增大;链动态平衡,粘度基本稳定。在170s-1下4%VES 60的胶束溶液的粘度随温度升高而下降,在50～80℃区间下降幅度很小,粘度约在60mPa·s上下,在80℃以上急剧降低。20℃时4%VES 60胶束溶液的流变性符合H B模型,k′=8.664Pa·sn′,n′=0.2678,τy=5.4Pa。随表面活性剂体积分数增大(2.0%～5.0%),30℃时VES 60胶束溶液的粘弹性参数G′,G″和η 增大,tanδ减小,即弹性增强而粘性相对减弱。图5表2参6。     

长链氧化胺黏弹性清洁压裂液及其流变特性

本文获得了由长链氧化胺表面活性剂LAO与反离子盐复配形成的清洁胶束压裂液体系,并进一步研究了该体系流变性能、耐温性能及其相关影响因素。结果表明,LAO清洁压裂液最优组成为2%LAO+3%水杨酸钠(NaSal),该体系的耐温极限为120℃。该体系在110℃、170 s~(-1)下剪切1 h后,体系黏度可保持在30 m Pa·s以上。同时,该体系具有良好的携砂性能和明显的黏弹性、触变性和剪切变稀特性。破胶实验表明,在压裂液与原油体积比不大于40:1时,原油可使该体系顺利破胶,破胶液黏度小于3 m Pa·s。     

Gemini型阳离子/阴离子表面活性剂胶束体系的流变特性

为了提高Gemini表面活性剂体系的性能,研究了Gemini型阳离子表面活性剂丙撑基双(十八烷基二甲基氯化铵)(G3-18)、阴离子型表面活性剂α-烯基磺酸钠(AOS)和水杨酸钠(NaSal)复配形成胶束体系的流变特性,考察了复配体系的流动性、黏弹性、触变性和耐温性能。结果表明,3%G3-18+1.5%NaSal体系具有较好的流动性、黏弹性和触变性,在100℃、170 s-1条件下恒剪切90 min,保留黏度为30.83 mPa·s。随着AOS质量分数增加,3%G3-18+1.5%NaSal与AOS复配体系在0.01数10 Hz范围内黏性占主导的频率区间增加,弹性占主导的频率区间减小;同时,AOS质量分数增加使复配体系的应力过冲现象不断减弱,正触变环逐渐变小,反触变环逐渐变大。3%G3-18+0.20%AOS+1.5%NaSal的复配体系在100℃、170 s-1条件下恒剪切90 min,保留黏度为40.57mPa·s,比不加AOS体系的保留黏度提高了31.6%。     

可重复利用NaOA/Na_3PO_4黏弹性胶束压裂液微观结构与流变特性研究

采用电解质Na3PO4溶液诱导阴离子表面活性剂油酸钠(Na OA)形成蠕虫状胶束体系。利用冷冻断裂蚀刻透射电子显微镜技术(FF-TEM)和流变学方法,研究了Na3PO4在不同质量分数条件下诱导Na OA形成胶束体系的微观结构、流变特性、破胶行为以及重复利用等性能。通过对体系动态模量、剪切黏度、复合黏度等物理量的测量分析,发现该胶束体系在较宽的频率范围内呈现蠕虫状网状结构和优良的黏弹性能。通过内相破胶剂研究了该体系的破胶行为,并结合流变特性测试,证实了该胶束体系具有重复利用的可行性。与目前已成熟应用的羟丙基瓜胶(HPG)压裂液冻胶及其破胶液微观FF-TEM对比分析显示,Na OA/Na3PO4黏弹性胶束体系具有清晰的网状结构,在温和条件下能够实现和HPG经强氧化破胶后相当的破胶效果。上述结果表明Na OA/Na3PO4黏弹性胶束体系能够作为可重复利用清洁压裂液体系,应用前景广阔。     

羧甲基羟丙基黄原胶及其流变特性

为拓宽黄原胶的应用范围,采用环氧丙烷和氯乙酸钠在醇溶剂中与黄原胶（XG）反应制得淡黄色的羧甲基羟丙基黄原胶（CMHPXG）。对羧甲基羟丙基黄原胶的流变特性（剪切变稀性、黏弹性、触变性）以及其作为压裂液的基本性能（携砂性、耐温耐剪切性）进行了研究。结果表明,0.5% CMHPXG溶液的表观黏度比0.5% XG溶液增大了3.35倍,且CMHPXG溶液的弹性模量、黏性模量和触变环面积均比XG溶液有显著的提高。陶粒在CMHPXG溶液的沉降速度远小于在XG溶液的沉降速度,携砂性能得到提高。0.4% XG溶液在30℃的表观黏度为43.1 mPa·s,而0.4% CMHPXG溶液在120℃、170 s-1下剪切90 min后的保留黏度仍有64 mPa·s,CMHPXG溶液的耐温耐剪切性能相对XG有较大程度的提高。XG和CMHPXG溶液的流动曲线可用Cross本构方程进行表征,且模拟值与实验值吻合良好。相较于黄原胶,羧甲基羟丙基黄原胶的基本性能得到了较大幅度的提高。      

100%液态CO2增稠压裂液流变性能

针对液态CO₂干法压裂增稠性能要求,研制了适用于液态CO₂物理化学性能的一种表面活性剂增稠剂。通过高压管路流变实验,在线模拟了液态CO₂增稠过程。实验结果表明,表面活性剂能够在液态CO₂形成棒状或蠕虫状胶束而增加体系粘度,增黏倍数在86~218之间,且混合体系呈现出剪切稀释特性;压力的增大或者稠化剂体积分数的增大对液态CO₂增稠压裂液黏度的影响较小,对流变参数的影响均较小,而液态混合体系的有效黏度随着温度的升高而减小,呈指数规律递减的趋势;液态混合体系的流动指数随温度的升高而增大,稠度系数随温度的升高而减小。      

抗盐丙烯酰胺非线型共聚物的合成及溶液特性

实验室合成了长链大单体4-乙烯基辛烷基酚聚氧乙烯(14)醚(SMA),并以丙烯酰胺(AM)为主要原料,引入单体SMA、4-乙烯基联苯(VB)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS),采用水溶液自由基胶束聚合法合成了抗盐丙烯酰胺非线型共聚物(PPSA).采用核磁共振氢谱(1 H-NMR)和红外光谱(FT-IR)对PP...     

芥酸型两性表面活性剂与聚合物复配构筑高效黏弹性驱油体系

为了深入研究高温高盐油藏提高采收率的有效方法,探索高效黏弹性体系应用于该类油藏的可行性,在模拟的高温高盐油藏(矿化度20 000 mg/L,钙镁离子总浓度500 mg/L,油藏温度80 ℃)条件下,通过向羧酸型芥酸酰胺基丙基甜菜碱(LJS)溶液中加入低浓度的聚合物HPAM,制得了黏弹性蠕虫状胶束体系,并进一步研究了盐度、温度、老化时间等影响因素。结果表明,在模拟高温高盐油藏的苛刻条件下,黏弹性LJS/HPAM复合体系黏度达到37.22 mPa · s,油水界面张力降低到10?2 mN/m;在温度不变、提高盐度的条件下,LJS/HPAM复合体系的黏度和界面活性基本不变,即使老化90 d后,体系仍然表现出良好的稳定性。室内模拟驱油实验结果表明,该体系可以大幅度提高原油采收率,增幅达16.22%。研究结果为表面活性剂和聚合物复合体系在高温高盐油藏中的实际应用提供了指导和参考经验。     

EVA加剂量对含沥青质蜡油流变性的改善效果

通过流变实验、差示扫描量热分析以及显微观察,探究了乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EV A)质量分数对含沥青质蜡油流变性改善效果的影响,并揭示了EVA与沥青质协同降凝降黏机理.结果表明,单独添加EVA或沥青质可在一定程度上改善纯蜡油的低温流变性,且随着EV A质量分数的增大,蜡油的凝点不断降低,低温流变性逐渐变好,在EVA质量...     

疏水缔合聚合物压裂液稠化剂LP-3A的研究

采用反相乳液聚合方法,以AM、AMPS、带疏水链及聚氧乙烯基团的可聚合单体为原料,以过氧化苯甲酰（BPO）为引发剂,合成出新型疏水缔合聚合物稠化剂LP-3A。在室内通过单因素法得到了聚合反应最优单体比例、反应时间、反应温度、引发剂加量,并对LP-3A进行结构表征及耐温耐剪切性能、剪切恢复性能、黏弹性能、触变性能的研究。结果表明, LP-3A耐温耐剪切性能良好,在150℃、170 s-1下剪切2 h,剩余黏度为200 mPa·s ;剪切恢复率高,经过500 s-1、1 000 s-1剪切20 min后,停止剪切的黏度恢复率为90%;黏弹性能及分子网络结构稳定性优于瓜胶压裂液,相比瓜胶,破坏LP-3A结构所需的能量较大,结构恢复所需的时间也较长,在LP-3A压裂液中弹性占主导地位,且黏弹性优于瓜胶压裂液。      

三异丙醇胺改性黄原胶溶液流变特性

为改善黄原胶的流变性能,采用三异丙醇胺与环氧氯丙烷合成多羟基阳离子醚化试剂,以此阳离子醚化试剂对黄原胶（XG）进行改性制得高黏度的多羟基两性黄原胶（TIPA-XG）。对XG及TIPA-XG进行了红外谱图、元素分析及XRD表征,研究并比较了TIPA-XG和XG溶液的流变特性,包括稳态黏度、流动曲线、触变性及黏弹性,并进一步研究了其耐温耐剪切性。结果表明,TIPA-XG溶液的黏度较XG显著增加,0.6% TIPA-XG溶液的黏度（320.45 mPa·s）比XG溶液黏度（74.12 mPa·s）增大了332%;XG和TIPA-XG溶液的流动曲线可用非线性共转Jefferys本构方程描述;TIPAXG溶液的黏弹性及触变性较XG溶液均显著提高;TIPA-XG溶液的耐温性能提高,80℃恒温剪切90 min后,0.6% TIPA-XG的保留黏度（142.88 mPa·s）为0.6% XG保留黏度（63.27 mPa·s）的2.26倍,表明改性后TIPA-XG的耐温性能较XG而言有显著提升。      

耐温抗盐聚合物PAMA的表征及溶液性能研究

合成了新型单体4-烯丙基庚烷基苯酚（AHP ）,然后以丙烯酰胺（AM）为主要原料、引入单体AHP,同时引入适量的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）,采用水溶液自由基胶束聚合法合成了疏水缔合AM-AMPS-AHP三元共聚物（PAMA）。利用1H-NMR和FT-IR分别对AHP和PAMA进行表征。考察AHP加入量、聚合物浓度、NaCl浓度和温度对共聚物溶液黏度的影响。结果表明,引入AHP单体使共聚物具有优良的增黏和抗盐能力,含AHP（摩尔分数为1.0%）、质量浓度为1 500 mg/L的 PAMA溶液在53 ℃、20 000 mg/L NaCl盐水中的黏度达到178.6 mPa?s,在90 ℃、7 000 mg/L NaCl盐水中的黏度达到110.8 mPa?s,显示出良好的耐温、抗盐性能。