甜菜碱型表面活性剂结构对CO_(2)泡沫液膜性质的影响

在油藏泡沫驱和气藏泡沫排水剂应用中,泡沫体系的稳定性至关重要。表面活性剂分子结构,界面排布对泡沫液膜渗透率及稳定性的影响对于构筑高稳定CO_(2)泡沫具有重要意义,但是目前还没有一个系统的了解。采用4种分子结构的甜菜碱型表面活性剂作为研究对象,泡沫体相性质评价作为研究方法,针对饱和吸附量、泡沫液膜渗透率和泡沫稳定性等体相性质,开展了表面活性剂分子结构、界面排布、CO_(2)泡沫液膜渗透率和泡沫稳定性及其相关关系实验研究。研究表明:当表面活性剂分子头基一致时,疏水碳链长度增加,疏水作用增强,液膜表面分子排列更加紧密,泡沫液膜渗透率降低,泡沫稳定性增强;当表面活性剂分子具有更长疏水碳链时,增强的疏水作用导致液膜排布更加紧密且吸附量增大,阻碍气泡内CO_(2)气体渗透行为,导致起泡液起泡能力减弱。基于4种起泡体系所获参数进行回归分析,建立了泡沫寿命、泡沫液膜分子吸附量及起泡能力与泡沫液膜渗透率K的相关系数R2,拟合表明R2>0.90;因此,泡沫液膜渗透率K可作为评价泡沫体系的稳定性的参数之一,为高稳定泡沫体系筛选提供一个可靠的评价参数。

气/液介质对泡沫液膜渗透性的影响规律

为了构建适用于泡沫驱的高稳定泡沫,从液膜渗透率角度阐明气/液介质对泡沫稳定性的影响机制。以氮气和二氧化碳为气体介质,利用气泡缩减法,测定了7种起泡体系的泡沫液膜渗透率以及起泡性能、析液半衰期和泡沫半衰期。研究结果表明,对于同一种气体介质,表面活性剂分子疏水碳链数目越多,液膜上表面活性剂分子之间相互作用越强,泡沫液膜渗透率越小;CO_(2)泡沫的液膜渗透率是N泡沫的1~3倍,CO_(2)泡沫稳定性比N泡沫的低;泡沫液膜渗透率与泡沫半衰期呈现出良好的相关性,随着液膜渗透率升高,CO_(2)泡沫半衰期快速递减。

泡沫液膜中聚合物与表面活性剂相互作用的研究进展

加入聚合物对泡沫液膜的作用是涉及众多工业应用的重要问题。讨论了聚合物-表面活性剂复合泡沫体系中影响液膜厚度和稳定性的因素。聚合物的加入对泡沫液膜稳定性的影响取决于所形成的液膜种类(普通黑膜或牛顿黑膜)。聚合物的加入在液膜中形成构造应力。加入的聚合物与表面活性剂作用形成具有表面活性的复合物,或富集于液膜界面处,使液膜稳定性大大增强。

泡沫液膜的分子动力学模拟及泡沫析液机制的研究

采用分子动力学MD方法模拟表面活性剂稳定的泡沫液膜,通过分析表面活性剂头基与水分子的径向分布函数,分析泡沫液膜中水分子的状态,对结合水、捕获水进行定量;采用电导法测定不同表面活性剂稳定的泡沫的析液曲线,结合分子模拟结果,分析泡沫析液的微观机制,建立泡沫析液量随时间变化的物理模型,给出了模型参数的物理意义.

HPAM聚合物与离子型表面活性剂协同稳定CO_(2)泡沫的分子模拟研究

CO_(2)泡沫驱可以有效地控制CO_(2)相的流度从而提高波及效率,同时它还能够进行CO_(2)地质封存,减少碳排放以应对全球气候变暖的挑战。表面活性剂能降低CO_(2)泡和水相液膜之间的界面张力(IFT),从而增加因拉普拉斯毛细管自吸效应导致的泡沫液膜中液体析出的阻力。聚合物可以提高泡沫液膜黏度,也可以减缓液膜中的液体析出并缓解气泡聚并现象。二者同时被用作提高泡沫稳定性的化学试剂,然而表面活性剂分子根据亲水头基电荷正负属性不同会具有不同的界面行为,在微观尺度下不同类型表面活性剂和聚合物分子之间的协同作用还不明确。本研究采用分子动力学模拟的方法,研究了油藏条件下阴离子型(SDS)和阳离子型(CTAB)表面活性剂分别与水解聚丙烯酰胺(HPAM,水解度25%)在CO_(2)与水相界面处的相互作用。研究结果表明,CTAB比SDS具有更强的降低CO_(2)与水之间IFT的能力,IFT的大小与界面宽度和界面覆盖率呈正相关性。具有相同电性的HPAM与平衡离子Br-在CTAB界面膜上形成竞争吸附关系;而带有相反电性的HPAM与平衡离子Na+在SDS界面膜附近形成盐桥结构。前者更有利于降低气—液界面处IFT和增大液膜厚度,两种模式对泡沫液膜剪切黏度的提高程度差别不大。本研究揭示了阴/阳离子型表面活性剂分别与水解聚合物分子协同作用稳定CO_(2)泡沫的微观机制。