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表面活性剂驱是一种能大幅度提高石油采收率的重要技术,其主要的作用机制是降低油水界面张力、乳化增溶以及对岩石表面润湿改性。表面活性剂驱的核心和技术难点是表面活性剂的分子设计与优化,而表面活性剂分子设计的基础和前提是要获得表面活性剂分子结构对洗油效率和润湿性能的作用机制及影响规律。因此,驱油表面活性剂洗油效率及润湿性能的研究以及表面活性剂分子结构与性能关系的研究是表面活性剂驱技术开发中必不可少的研究课题,其深入研究对驱油表面活性剂的分子设计与驱油体系的优化具有重要的指导意义。通过本论文的研究,取得的主要成果与认识如下: (1)驱油表面活性剂洗油效率测定 针对用胜利油田纯17区块原油自制的油砂,分析评价了不同的静态洗油实验方法,确定利用洗油瓶进行静态洗油效率评价,得到7种表面活性剂的洗油效率,并考察了表面活性剂浓度、矿化度、pH值等条件对洗油效率的影响。发现阳离子表面活性剂会使油砂团聚,不利于油膜剥离,因而洗油效率较低;矿化度的增加仅增大甜菜碱的洗油效率,而弱碱性条件下表面活性剂的洗油效率较高。 (2)驱油表面活性剂洗油作用机理研究 采用旋转界面张力仪、Captive bubble方法以及紫外分光光度法,分别研究了7种表面活性剂的界面张力、接触角以及增溶能力。发现在实验浓度范围内,表面活性剂溶液对原油的增溶量较小,对洗油效率影响不大;超低界面张力在一定程度上提高了洗油效率,但是同样能达到超低界面张力(10-3 mN·m-1)的体系,对石英表面疏水改性程度较强的洗油效率明显偏低,说明固体表面润湿性改变是提高洗油效率的决定性因素。 (3)甜菜碱表面活性剂对固体表面润湿改性的研究 采用座滴法,研究了四种甜菜碱模型化合物的分子结构对固体表面润湿性改变的影响规律。发现其行为与常规表面活性剂并不一致:当浓度远大于临界胶束浓度(cmc)时,甜菜碱仍会在固体表面继续吸附,增大润湿性改变程度;此外羧酸甜菜碱对固体表面的改性能力比磺酸甜菜碱强,而疏水链支链化会减弱甜菜碱的改性能力;矿化度增加降低了甜菜碱对石英表面的疏水改性程度。 (4)甜菜碱表面活性剂溶液在固体粉末中浸润过程的研究 采用Washburn方法,研究了四种不同结构的甜菜碱表面活性剂溶液在固体粉末中的浸润过程,并探讨了浸润过程与润湿性的关系。发现甜菜碱溶液在黏土矿物粉末中浸润过程的影响机制较为复杂,除表面活性剂以外,矿化度、离子类型和pH值均能产生一定的影响。