三次采油用石油磺酸鹽的合成與性能研究

    三元復(fù)合驅(qū)是指將表面活性劑-堿-聚合物三類化學(xué)物質(zhì)按一定質(zhì)量比配制成稀水溶液作為驅(qū)替液注入地層,達(dá)到強(qiáng)化采油提高收率之目的的三次采油新技術(shù),屬于化學(xué)驅(qū)油范疇 。大量研究表明,三元復(fù)合驅(qū)用表面活性劑是陰離子型的石油磺酸鹽類 。NPS是用發(fā)煙硫酸處理高沸點(diǎn)餾分油,經(jīng)中和后得到的具有表面活性的復(fù)雜混合物,對原油的選擇性很強(qiáng) 。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與藥品

Texas-500型旋滴界面張力儀,美國產(chǎn);20%發(fā)煙硫酸、H₂SO₄、NaOH、Na₂CO₃、NaHCO₃、KCl、CaCl₂、MgCl₂·6H₂O、Na₂SO₄,柱層析用硅膠(60~100)目均為市購 。

1.2制備NPS的反應(yīng)原理及操作條件

反應(yīng)原理如下所示:

磺化:                                              H+H₂SO₄·SO₃→RSO₃H+H₂SO₄   　　（1）

                                                      RH+H₂SO₄→RSO₃H+H₂O  (2)

                                                      RSO₃H+(n-1)H₂S₂O₇→R(SO₃H)n+H₂SO₄　(3)

中和:                                              R(SO₃H)n+nNaOH→R(SO₃Na)n+nH₂O  (4)

                                                      H₂SO₄+NaOH→Na₂SO₄+H₂O                (5)

其中:R為餾分油中可磺化的烴基,n≥1

餾分油中含有一定比例的多環(huán)芳烴,可生成多硫化物如式(3)所示,中和可得多磺酸鹽即n>1上述反應(yīng)皆為放熱反應(yīng) 。

操作程序如下:在裝有攪拌器、溫度計(jì)、冷凝管和恒壓漏斗的250ml四口瓶中,加入100g餾分油,油溫升至40℃時(shí),開始滴加發(fā)煙H₂SO₄,在1h內(nèi)溫度升至50~60℃均勻滴加規(guī)定量的發(fā)煙硫酸 。滴加完后繼續(xù)反應(yīng)0.5h停止攪拌,保溫于50~60℃靜置2-3h,轉(zhuǎn)至室溫靜置分層,傾泄分離,上層為磺化油,下層為酸渣,上下層分別用20%的NaOH水溶液中和至pH7-8,上層中和液用等體積的50%乙醇溶液(v/v)于60-70℃抽提,將抽提液與抽余液分離,下層酸渣粘度高直接用堿中和有困難,可適當(dāng)加入溶劑如1,2-二氯乙烷進(jìn)行中和反應(yīng) 。中和后的下層在一定比例的C₂H₅OH-H₂O-1,2-二氯乙烷溶液體系中進(jìn)行鹽析,無機(jī)鹽結(jié)晶,過濾除鹽,濾液與上層的抽提液合并,進(jìn)行常減壓蒸餾,除去大部分可揮發(fā)物,得到DQ31-NPS和SDL-NPS產(chǎn)品 。

1.3柱層析法分析NPS組成

參考美國材料學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)方法(ASTM-D3172-91)建立了以柱層析為基礎(chǔ)的產(chǎn)品組成分析方法 。該方法的梗概是:以15g硅膠用濕法制備色譜柱,約2g樣品溶于約2ml氯仿中進(jìn)樣,將樣品吸附于色譜柱,依次用氯仿和95%乙醇洗脫,分析產(chǎn)品中的活性物(A%)、礦物油(O%)、易揮發(fā)組分(V%)和無機(jī)鹽(I%)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 。

1.4界面張力測定

用Texas-500型旋滴界面張力儀測定體系的瞬間油-水界面張力(IFT) 。體系中油相來自于大慶,水相為模擬水,模擬水的組成見表1示 。

水相中三類化學(xué)劑的組成和添加量:

1)        表面活性劑以各種餾分油為親油基原料,按本文1.2節(jié)制備NPS產(chǎn)品添加量為0.05%(按活性物含量計(jì))

2)        堿-Na₂CO₃-NaOH混合生成[4:1(w)],添加量為0.25%~2.0%

3)        聚合物-SY16添加量為1.2%,測定溫度為40℃ 。

2結(jié)果與討論

2.1NPS的產(chǎn)品組成

按1.3節(jié)的方法分析了DQ31-NPS和SDL-NPS的產(chǎn)品組成見表2 。

2.2NPS表面活性劑濃度對油水界面張力的影響

測定結(jié)果表明DQ31-NPS和SDL-NPS的IFT(120min)隨濃度的變化,其中三元復(fù)合驅(qū)體系中的混合堿添加量為1.5%,聚合物添加量為1.2%,NPS添加量由0.05%增至0.2%時(shí)體系的IFT顯著降低,分別達(dá)到4×10^-4mN/m和8×10^-4mN/m當(dāng)添加量增至0.4%時(shí),SDL-NPS的IFT稍有增加而DQ31-NPS可降至1.5×10^-4mN/m 。

2.3混合堿濃度對IFT的影響

三元復(fù)合驅(qū)體系中NPS添加量為0.4%,聚合物添加量為1.2%,混合堿在0.25%-2.0%變化,測定120min時(shí)的IFT,通過測定的數(shù)值可知,堿濃度對SDL-NPS和DQ31-NPS三元復(fù)合驅(qū)體系IFT的影響隨混合堿濃度的增加IFT顯著下降,當(dāng)堿濃度為1.2%和1.5%時(shí),它們的IFT分別降至最低值為5×10^-4mN/m和2×10^-4mN/m,再增加堿的濃度時(shí)IFT出現(xiàn)上升趨勢 。堿的添加量對降低至關(guān)重要,應(yīng)慎重選擇堿的濃度 。

3結(jié)論

1)        選擇餾分油DQ31用發(fā)煙H₂SO₄作磺化劑制備DQ31-NPS,在配制水中的添加量為0.2%~0.4%,混合堿的添加量為1.5%,聚合物的添加量為1.2% 。

2)        DQ31-NPS不與其它表面活性劑復(fù)配即可達(dá)到超低油-水界面張力 。

3)        NPS是值得開發(fā)的用于SAP三元復(fù)合驅(qū)體系的表面活性劑 。

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