MD-1膜驱剂在油砂表面的吸附及润湿性研究

分子沉积(MD)膜驱油是提高原油采收率的一种新方法。在题示实验研究中所用MD膜驱剂MD 1是一种分析纯单分子双季铵盐,油砂未洗油,取自辽河兴隆台109井。介绍了溴百里酚蓝为指示剂测定水溶液中MD 1质量浓度的方法,在10～300mg/L范围内溶液吸光度与浓度之间有良好的线性关系。MD 1在油砂上的吸附很快,在25℃下4h即基本达到平衡,吸附量随MD 1溶液pH值升高而增大,pH值在2～4之间时增加快,在4～9之间时增加慢,在9～12之间时又增加快,由此确定吸附主要是静电作用的结果,油砂表面的电荷性质和电荷量是决定吸附的主要因素。吸附等温线符合Langmuir定律,即为单分子层吸附,计算求得25℃和40℃时饱和吸附量分别为13.04和12.68mg/g油砂,吸附热为-15.2kJ/mol。在吸附MD 1后的油砂上汽油的相对接触角由43.68°增大至49.56°,油砂表面亲油性减弱,亲水性增强。在油砂上吸附成膜时放热,成膜表面润湿性改变,是MD膜驱剂提高原油采收率的2个重要因素。图4表1参12。

MD-1膜驱剂溶液的性质

分子沉积(MD)膜驱油技术是依靠MD膜驱剂在油藏体系的各种界面上单分子层静电吸附释放热量,从而提高原油采收率的新型技术。考察了MD 1膜驱剂溶液的电导率、粘度和其在原油中的分配。结果表明,MD 1膜驱剂属表面非活性物质,其水溶液不存在"胶束"状态;MD 1膜驱剂的加入不增加驱替流体的粘度,不改变油 水流度比,膜驱油机理与聚合物驱不同。随着MD 1膜驱剂质量浓度的增加,其相应油 水分配系数明显降低,MD 1膜驱剂质量浓度小于200mg/l时,其相应油 水分配系数随着质量浓度的增加明显降低,而浓度大于200mg/l时,油 水分配系数一般小于0 1;相同条件下,原油中的胶质和沥青质含量越多,MD 1膜驱剂在油、水两相间的分配系数越高。MD 1膜驱剂的油 水分配系数远小于1,说明其在油相中的溶解量很小。

油砂的ζ电位对MD-1膜驱剂吸附的影响及吸附动力学和热力学研究

采用静态吸附法研究了不同pH值下MD 1膜驱剂在大庆主力油藏洗油油砂上的吸附特性。实验结果表明油砂悬浮液的pH值明显影响油砂粒子表面的带电性,大庆主力油藏油砂的pHzpc=2.58,pH<2.58时油砂的表面带正电,pH>2.58时,油砂的表面带负电,且pH值越高,表面负电荷越多。油砂对MD 1膜驱剂的饱和吸附量As随ζ电位的降低很快增加,电位是决定吸附的主要因素。当ζ电位降到一定值(约为-60mV)以下时,饱和吸附量As几乎不再随ζ电位的降低而变化。吸附动力学研究表明,油砂颗粒表面电位越低,对MD 1膜驱剂的吸附活化能越小,要克服的吸附势能垒越低,吸附MD 1膜驱剂的速度越快,吸附MD 1膜驱剂的静电作用越强。温度对吸附速率影响不大。吸附热力学研究表明,吸附过程是自发且放热的,而且放热很大,pH=10.03时ΔH=-79.33kJ/mol,pH=4.04时ΔH=-38.84kJ/mol。pH值越高,放出的热越多,吸附后体系越稳定。pH越高,油砂表面电荷量越大,越有利于MD 1膜驱剂的吸附。图5表2参14。

MD-1膜驱剂溶液的界面特性研究

以非离子、阳离子、阴离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚OP 10、十六烷基三甲基溴化铵CTAB、十二烷基苯磺酸钠SDBS作对比剂,在20℃用吊环法实验测定了膜驱剂MD 1(一种单分子双季铵盐)水溶液的表面张力和界面张力。MD 1水溶液的表面张力基本上不随溶液浓度而变,其值约71.5mN/m,比纯水表面张力理论值仅约低2%,说明MD 1不具有表面活性,是表面非活性物质。模拟油(1%胶质沥青质的煤油溶液,胶质沥青质为辽河兴隆台原油在体积比2∶3的甲醇/苯中的沉淀物)与MD 1水溶液之间的界面张力在MD 1浓度增至25mg/L时开始下降,250mg/L时降至稳定值(20mN/m左右),只下降36%,不形成低界面张力体系。界面张力下降是MD 1在界面吸附富集的结果。模拟油与1000mg/LOP 10+MD 1混合水溶液之间的界面粘度随MD 1浓度(0,300,500mg/L)增加而降低,降低幅度在低转动角速度下随角速度增加而增大,在高角速度下趋于一致。由于OP 10不具有与MD 1相互作用的基团,加入MD 1引起界面粘度(即界面膜强度)降低,是MD 1与胶质沥青质作用的结果。图4参10。

MD-1膜驱剂在石英砂和蒙脱土颗粒上吸附的光谱学表征

采用FT IR和XRD方法,与阳离子表面活性剂CTAB对比,研究了MD 1膜驱剂(一种单分子双季铵盐)在石英和蒙脱石表面的吸附。给出了吸附前后两种矿物的FT IR和XRD谱图,分析指认了各红外特征吸收峰,由X射线衍射峰强度计算了晶层间距d(100)。在石英上CTAB有微量吸附,而IR检测不出MD 1的吸附,CTAB和MD 1基本上不引起石英d(100)的改变。在蒙脱石上MD 1只发生单层吸附,其吸附量较CTAB小,MD 1的吸附使蒙脱石吸附水减少,d(100)从1.545nm减小至1.399nm,CTAB的吸附也使蒙脱石的吸附水减少,但使d(100)增大到1.952nm。因此,MD 1抑制粘土膨胀的能力比CTAB强。图6表1参7。