【摘 要】
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在泡沫排水采气过程中,多余的泡沫到达地面后难以进行消泡,为后续气水分离等过程带来诸多不便。使用可人为控制表面活性有无的CO2响应型表面活性剂作为泡沫排水剂成为了解决这一问题的首选。本文采用实验和分子动力学模拟相结合的方法,将CO2响应型表面活性剂N-十二烷基N,N-二甲基叔胺(C12A)和十二烷基硫酸钠（SDS）等摩尔复配制备了CO2智能响应型SDS/C12A复配泡沫排水剂,研究其泡沫性质及CO2
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在泡沫排水采气过程中,多余的泡沫到达地面后难以进行消泡,为后续气水分离等过程带来诸多不便。使用可人为控制表面活性有无的CO2响应型表面活性剂作为泡沫排水剂成为了解决这一问题的首选。本文采用实验和分子动力学模拟相结合的方法,将CO2响应型表面活性剂N-十二烷基N,N-二甲基叔胺(C12A)和十二烷基硫酸钠（SDS）等摩尔复配制备了CO2智能响应型SDS/C12A复配泡沫排水剂,研究其泡沫性质及CO2响应性能,并揭示其CO2响应机理。实验研究SDS/C12A复配泡排剂的泡沫性质及CO2响应性能发现:复配泡排剂生成的泡沫具有较好的稳定性和携液能力。向生成的泡沫中持续通入CO2约1600 s,泡沫即可完全破灭。对消泡后的起泡液加热并通入N2后,仍然具有起泡能力和CO2响应性能,该过程可循环五次以上。通过分析响应前后的起泡液表面张力推测,SDS/C12A复配泡排剂具有CO2响应性的原因可能是C12A质子化后与SDS通过静电作用形成离子对,使起泡液的表面活性大大降低。此外,Na Cl、Mg Cl2和Ca Cl2对SDS/C12A复配泡排剂的CO2响应性能有不同的影响。Mg Cl2使通入CO2消泡的时间大大延长,Na Cl的存在使通CO2消泡的时间略有延长,Ca Cl2则对消泡时间没有影响。正庚烷、正十二烷和凝析油均对复配泡排剂的CO2响应性能影响不大。构建SDS/C12A复配泡沫响应前和响应后的液膜模型并进行分子动力学模拟研究发现:在响应前的模型中,SDS和C12A分子在动力学计算后吸附在气-液界面上,起到稳定泡沫液膜的作用。而在响应后的模型中,由于SDS与质子化的C12A之间的静电吸引作用以及表面活性剂亲水性增强且扩散速率减小,SDS与C12A以胶束形式团聚在液相中,只有少数表面活性剂吸附在气-液界面,难以起到稳定泡沫液膜的作用,所以响应后的泡沫短时间内破灭。在含有无机盐的模型中,Mg Cl2的存在减弱了响应后的模型中SDS与C12A之间的静电吸引作用且表面活性剂分子的扩散速率增加,使得团聚在液相中的表面活性剂吸附到气-液界面上,影响了复配泡沫的CO2响应性能,导致消泡时间延长。而Ca Cl2的存在不会影响响应后的模型中分子间的相互作用,所以响应性能也不受影响。在含有油滴的模型中,经过动力学模拟过程后,响应前的模型中的表面活性剂分子与油滴一同分布在气-液界面上。而在响应后的模型中,表面活性剂分子包裹油滴在液相中形成胶束,所以油相的存在对SDS/C12A复配泡排剂的CO2响应性能几乎没有影响。
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