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        四種不同類(lèi)型表面活性劑復(fù)配微乳酸體系研究

        2014-12-24 03:36:18包雨霏
        石油化工應(yīng)用 2014年7期
        關(guān)鍵詞:體系效果分析

        包雨霏

        (1.川慶鉆探工程公司井下作業(yè)公司,四川廣漢 618300;2.西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,四川成都 610500)

        酸化是使油氣井增產(chǎn)或注水井增注的一種有效措施[1],W/O 型微乳酸是一種有效的緩速酸體系[2]。但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)用于酸化的微乳酸體系研究得很少,且現(xiàn)有研究中微乳酸體系的酸濃度都比較小[3-14]。現(xiàn)有研究多集中于以陽(yáng)-非離子表面活性劑混合物作為乳化劑的體系,對(duì)其他類(lèi)型的微乳酸體系研究得很少。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)用于酸化的微乳酸體系研究的局限性,本文制備出了具有較大酸濃度的陽(yáng)-非、非-非、陰-非和陰-陽(yáng)這四種不同乳化劑類(lèi)型的微乳酸體系,評(píng)價(jià)并比較了四種微乳酸體系的性能,為不同類(lèi)型微乳酸體系應(yīng)用于不同條件地層的酸化施工提供了一定的參考。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 儀器與藥品

        磁力攪拌器,84-1A 型;電子天平,F(xiàn)A1004 型;數(shù)字電導(dǎo)率儀,DDS-11A 型;數(shù)顯智能型恒溫水浴鍋,GKC 型;循環(huán)水式多用真空泵,SHB-3 型;電熱鼓風(fēng)干燥箱,101-1A 型;低速離心機(jī),TLD-40B 型。

        鹽酸(分析純,37 %),十二烷基三甲基溴化銨(DTAB,分析純),十四烷基三甲基溴化銨(TTAB,分析純),十六烷基三甲基溴化銨(CTAB,分析純),十八烷基三甲基溴化銨(OTAB,生化試劑),Span 60(化學(xué)純),Span 80(分析純),Span 85(分析純),OP-10(分析純),Tween 20(分析純),Tween 60(分析純),Tween 80(分析純),十二烷基硫酸鈉(SDS,分析純),十二烷基磺酸鈉(AS,化學(xué)純),十二烷基苯磺酸鈉(SDBS,分析純),氯代十四烷基吡啶(TPC,分析純),溴代十六烷基吡啶(CPB,分析純),正丁醇(分析純),正戊醇(分析純),正己醇(分析純),正辛醇(分析純),無(wú)水氯化鈣(分析純),煤油。

        1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

        1.2.1 組分、配比優(yōu)選 固定煤油為油相(O),15 %鹽酸為酸相(W),以是否能形成微乳酸為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)篩選表面活性劑(S,S=S1+S2)和助表面活性劑(A)。固定助表面活性劑、表面活性劑1(S1)、表面活性劑2(S2)的種類(lèi),采用單因素法來(lái)篩選配比。以所形成的W/O 單相微乳區(qū)(1Φ)面積最大為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)篩選體系的組成。

        1.2.2 性能評(píng)價(jià)

        1.2.2.1 穩(wěn)定性(1)離心法:在離心機(jī)中,以4 000 r/min 的轉(zhuǎn)速將微乳酸體系樣品離心1 h,觀察是否出現(xiàn)混濁或分層。(2)熱穩(wěn)定性:將微乳酸體系樣品分別置于50 ℃、60 ℃、70 ℃的恒溫水浴4 h,觀察是否出現(xiàn)混濁或分層。

        1.2.2.2 緩速性 將已稱(chēng)重的大理石顆粒加入各實(shí)驗(yàn)點(diǎn),置于一定溫度的恒溫水浴中,每隔2 h 取出一組實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的大理石顆粒,沖洗、烘干、稱(chēng)重。分別在20 ℃、50 ℃、80 ℃的條件下進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)。

        1.2.2.3 緩蝕性 根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5405-1996 的規(guī)定,采用靜態(tài)掛片法測(cè)定各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)鋼片的失量,計(jì)算體系的腐蝕速率和緩蝕率。分別在20 ℃、50 ℃、80 ℃的條件下進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)。

        1.2.2.4 耐鹽性 取5 mL 的微乳酸樣品,依次加入0.05 g 的無(wú)水CaCl2,記錄體系所分離出的水相體積。

        2 結(jié)果與討論

        對(duì)篩選出的具有最大1Φ 面積的陽(yáng)-非離子表面活性劑復(fù)配微乳酸體系:煤油/Span 80+CTAB/正己醇/20 %濃度鹽酸,非-非離子表面活性劑復(fù)配微乳酸體系:煤油/Span 85+OP-10/正己醇/20 %濃度鹽酸,陰-非離子表面活性劑復(fù)配微乳酸體系:煤油/ SDBS+OP-10/正己醇/20 %濃度鹽酸,陰-陽(yáng)離子表面活性劑復(fù)配微乳酸體系:煤油/ SDBS+CPB/正己醇/20 %濃度鹽酸,選擇酸相含量為30 %的點(diǎn)來(lái)進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。

        表1 四種微乳酸體系在不同溫度下的熱穩(wěn)定性

        2.1 穩(wěn)定性

        四種微乳酸體系樣品在離心機(jī)中以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心1 h,均未出現(xiàn)混濁或分層,都具有很好的穩(wěn)定性(見(jiàn)表1)。

        由表1 可以看出,陽(yáng)-非離子體系的熱穩(wěn)定性最好,陰-陽(yáng)離子體系次之,它們都能較好地耐受70 ℃的高溫。陰-非離子體系和非-非離子體系在超過(guò)60 ℃的條件下放置一定時(shí)間就會(huì)開(kāi)始出現(xiàn)分層。這是因?yàn)檫@兩種體系中都含有OP-10,OP-10 的濁點(diǎn)為61~67 ℃,溫度超過(guò)60 ℃以后OP-10 醚鍵上氧原子所結(jié)合的水分子會(huì)逐漸脫離,體系的乳化能力會(huì)大大降低。由表1還可以看出,在同等溫度下,陰-非離子體系保持穩(wěn)定性的時(shí)間明顯長(zhǎng)于非-非離子體系,這是因?yàn)榕c陰離子表面活性劑的復(fù)配能使非離子表面活性劑的濁點(diǎn)有所升高。

        2.2 緩速性

        2.2.1 20 ℃ 由圖1 可以看出,20 ℃時(shí)四種微乳酸體系與大理石反應(yīng)都具有很好的緩速效果。陽(yáng)-非離子體系緩速效果相對(duì)最差,陰-陽(yáng)離子體系次之,陰-非離子體系和非-非離子體系緩速效果最好。

        圖1 20 ℃時(shí)四種微乳酸體系與同等濃度鹽酸中大理石消耗量的變化曲線

        2.2.2 50 ℃ 由圖2 可以看出,50 ℃時(shí)四種微乳酸體系與大理石反應(yīng)的緩速效果依然很好。陽(yáng)-非離子體系和陰-陽(yáng)離子體系緩速效果相對(duì)較差,陰-非離子體系和非-非離子體系緩速效果最好。

        2.2.3 80 ℃ 由圖3 可以看出,80 ℃時(shí)四種微乳酸體系與大理石反應(yīng)的緩速效果依然很明顯。但是陰-非離子體系和非-非離子體系的緩速效果有明顯下降。這是因?yàn)檫@兩種體系中都含有OP-10,80 ℃的環(huán)境溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了OP-10 的濁點(diǎn),體系會(huì)發(fā)生破乳影響其緩速性能。而陽(yáng)-非離子體系和陰-陽(yáng)離子體系由于其良好的熱穩(wěn)定性,在80 ℃的高溫下依然能保持良好的緩速性能。

        圖2 50 ℃時(shí)四種微乳酸體系與同等濃度鹽酸中大理石消耗量的變化曲線

        圖3 80 ℃時(shí)四種微乳酸體系與同等濃度鹽酸中大理石消耗量的變化曲線

        2.3 緩蝕性

        2.3.1 20 ℃ 由圖4 和表2 可以看出,20 ℃時(shí)四種微乳酸體系與鋼片反應(yīng)都具有很好的緩蝕效果。陰-陽(yáng)離子體系緩蝕效果最好,非-非離子體系次之,陰-非離子體系緩蝕效果相對(duì)最差。

        2.3.2 50 ℃ 由圖5 和表3 可以看出,50 ℃時(shí)四種微乳酸體系與鋼片反應(yīng)仍然具有很好的緩蝕效果,緩蝕率都高達(dá)百分之九十多。陰-陽(yáng)離子體系的緩蝕效果依然最好。

        表2 20 ℃時(shí)四種微乳酸體系的腐蝕速率與緩蝕率

        圖4 20 ℃時(shí)四種微乳酸體系與同等濃度鹽酸中鋼片消耗量的變化曲線

        圖5 50 ℃時(shí)四種微乳酸體系與同等濃度鹽酸中鋼片消耗量的變化曲線

        表3 50 ℃時(shí)四種微乳酸體系的腐蝕速率與緩蝕率

        表4 80 ℃時(shí)四種微乳酸體系的腐蝕速率與緩蝕率

        2.3.3 80 ℃ 由圖6 和表4 可以看出,80 ℃時(shí)四種微乳酸體系與鋼片反應(yīng)的緩蝕效果依然明顯。陰-陽(yáng)離子體系的緩蝕效果依然最好,非-非離子體系的緩蝕效果有明顯下降。這是因?yàn)?0 ℃的環(huán)境溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了非-非離子體系所含有的OP-10 的濁點(diǎn),體系會(huì)發(fā)生破乳影響其緩蝕性能。

        圖6 80 ℃時(shí)四種微乳酸體系與同等濃度鹽酸中鋼片消耗量的變化曲線

        2.4 耐鹽性

        由圖7 可以看出,陰-陽(yáng)離子體系的耐鹽性最差,陰-非離子體系次之,陽(yáng)-非離子體系的耐鹽性居中,非-非離子體系的耐鹽性最好。這符合非離子型表面活性劑穩(wěn)定性高,不易受強(qiáng)電解質(zhì)無(wú)機(jī)鹽影響的特點(diǎn)。

        圖7 四種微乳酸體系分離水相體積隨CaCl2 含量的變化曲線

        3 結(jié)論

        (1)四種微乳酸體系都具有很好的穩(wěn)定性。四種體系中,陽(yáng)-非離子體系熱穩(wěn)定性最好,非-非離子體系熱穩(wěn)定性最差。

        (2)四種微乳酸體系在20 ℃、50 ℃、80 ℃的條件下都具有良好的緩速性能。四種體系中,陰-非離子體系緩速效果最好,陽(yáng)-非離子體系緩速效果最差。當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)OP-10 的濁點(diǎn)時(shí),陰-非離子體系和非-非離子體系的緩速效果會(huì)有明顯下降。

        (3)四種微乳酸體系在20 ℃、50 ℃、80 ℃的條件下都具有良好的緩蝕性能。四種體系中,陰-陽(yáng)離子體系緩蝕效果最好,陰-非離子體系緩蝕效果最差。當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)OP-10 的濁點(diǎn)時(shí),非-非離子體系的緩蝕效果會(huì)有明顯下降。

        (4)四種微乳酸體系中,非-非離子體系耐鹽性最好,陰-陽(yáng)離子體系耐鹽性最差。

        四種體系都具有良好的穩(wěn)定性和耐鹽性,在不同溫度條件下的緩速和緩蝕性能也非常明顯。但它們之間又有著明顯的性能差異,這可以為不同類(lèi)型微乳酸體系應(yīng)用于不同條件地層的酸化施工提供一定的參考。

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