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低张力泡沫驱是能够大幅度提高石油采收率的重要技术,其中提高泡沫的耐油性是泡沫驱研究中亟待解决的关键问题。本文结合油相与泡沫的相互作用机制及表面活性剂的界面性质,提出并发现阴阳离子表面活性剂复配体系作为耐油低张力泡沫剂配方是可行的。在此基础上,首先,针对油藏环境对复配体系配方进行了优化设计;然后,利用多种实验手段,系统研究了不同因素对上述复配体系的界面性质、泡沫性能和润湿性能的影响,分析并揭示了其泡沫的耐油机理、界面吸附行为和吸附层结构变化以及润湿性转变机理;最后,初步考察了优化的耐油低张力泡沫剂配方的油藏环境适应性。通过本论文的研究,可为耐油低张力泡沫剂配方的优化设计提供一定的科学依据,主要研究内容和成果包括以下几个方面: (1)耐油低张力泡沫剂优化设计 通过对复配体系泡沫耐油性和界面张力研究,发现阴阳离子表面活性剂复配体系可以显著提高泡沫的耐油性能,并降低界面张力,可形成优异的耐油低张力泡沫剂配方。通过考察多种因素对泡沫耐油性的影响,得到了阴阳离子表面活性剂的离子头类型、疏水基长度、复配比例、浓度、盐度等因素对阴阳复配体系泡沫耐油性的影响规律,并逐步对上述配方进行了优化设计,建立了配方的优化原则。发现利用硫酸盐表面活性剂与阳离子表面活性剂复配,当两种表面活性剂疏水基链长匹配且复配比例2∶1时,泡沫的耐油性能最佳。 (2)阴阳离子表面活性剂复配体系泡沫耐油机理研究 采用多重光散射仪、界面扩张流变实验,分别从泡沫剂的宏观泡沫性质及微观界面分子吸附层两个层面,逐步对阴阳离子表面活性剂复配体系泡沫的耐油机理进行了研究。发现阴阳离子表面活性剂复配体系在界面上紧密排列,形成了长程有序的界面层结构,提高假乳液膜的稳定性,增大了油滴进入液膜表面的能垒,从而增强泡沫耐油性。此外,通过研究复配比例、离子头类型、疏水基长度对界面流变性能的影响,揭示了不同影响因素对泡沫耐油性的影响机理。 (3)阴阳离子表面活性剂复配体系石英表面润湿性能研究 通过接触角测试,研究阳离子表面活性剂与不同类型的阴离子表面活性剂复配体系在石英表面的润湿性能。发现离子头负电性弱、尺寸小的羧酸盐或磺酸盐表面活性剂与阳离子表面活性剂复配时,阴、阳离子表面活性剂在石英表面的混合吸附量大于单一表面活性剂,可以对石英表面造成更强的疏水改性;而所带负电荷多、离子头尺寸大的硫酸盐表面活性剂与阳离子表面活性剂复配时,反而减少阳离子表面活性剂在石英表面的吸附,其对石英表面的疏水改性较弱。另外,采用石英晶体微天平技术,对上述吸附规律进行了印证。 (4)阴阳离子表面活性剂复配体系油藏环境适应性研究 通过研究吸附损耗对泡沫性能的影响、油-水-石英接触角测试、洗油实验、渗透实验,发现硫酸盐-季铵盐表面活性剂复配体系显示出良好的抗吸附性能及良好的洗油效果和渗透性能,具有良好的油藏环境适应性。