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油酸钠(OAS)是一种羧酸盐类的表面活性剂,能降低水溶液的表面张力和油/水之间的界面张力,在溶液中形成多种缔合结构如胶束、微乳液、溶致液晶、囊泡等,这些缔合结构的物理化学性质在生物、医药、三次采油、合成材料等方面得到重视和应用。本论文考察了油酸钠水溶液的平衡表面张力、动态表面活性及油水间的界面张力;研究其溶致液晶的物化性能如(微结构与微粘度和粘弹性的关系等);在水驱后进行溶致液晶驱替试验,分析溶致液晶的物化特性与室内模拟驱替效果之间的关系,探讨溶致液晶体系的驱油机理,并希望能为溶致液晶在三次采油中的应用提供理论指导。
用Kruss型表面张力仪和最大泡压法动态表面张力仪测定油酸钠水溶液的平衡表面张力、动态表面张力。临界胶团浓度(cmc)和临界胶团浓度时表面张力γcmc是衡量表面活性剂溶液表面活性的主要性能参数,油酸钠的水溶液在25℃的cmc为1.03×10-3mol/dm3,γcmc为24.0mN/m。用Ward-Tordai和Rosen两种方法处理实验数据得出:只有浓度大于cmc的溶液才表现出较高的动态表面活性;升高温度可提高OAS溶液的动态表面活性,但效果没有浓度那么明显;增大pH值同样也能提高动态界面活性,pH=11时,动态界面活性最高。
驱油体系注入地层与原油的接触是一个动态过程;研究油水的界面张力十分重要。用Texas-500旋滴界面张力仪测定油酸钠与原油、模拟油间的油水界面张力,考察加盐、碱对油水界面张力的影响。结果发现:随OAS浓度增大,IFT时间效应减小,IFTmin相差不大;OAS的水溶液加盐NaCl,存在最佳盐度为4.0g/L左右,此时瞬时界面张力最低,且时间效应最小;加Na2CO3开始阶段,IFT随时间升高而降低,后期有所回升,前期是盐效应与碱效应共同作用的结果,后期由于加盐的效应。
表面活性剂聚集体的流变性质与聚集体的微观结构及其内部基团间的相互作用有直接关系,可以从流变测量的结果得到体系内部微观结构的许多信息。就溶致液晶的屈服应力值而言,层状最大,六角次之,立方的最小。应力扫描表明:层状液晶和六角液晶储能模量的临界应力值小于其损耗模量的临界应力值,储能模量大于损耗模量,说明层状和六角状液晶的弹性性质比粘性性质突出;而立方液晶损耗模量大于储能模量,且损耗模量的临界应力值小于储能模量的临界应力值,说明立方液晶的粘性性质比弹性性质突出。几种液晶的粘度随剪切速率的变化曲线及频率扫描、蠕变回复曲线也各不相同,这主要是由于它们的微观结构不同的缘故。
在水驱后,分别用层状液晶、六角液晶、立方液晶、胶束、聚合物、ASP进行室内模拟驱替实验。就驱替效率而言,液晶高于胶束、聚合物和ASP;而三种液晶中立方液晶最高,六角次之,层状最低。结合流变性质的测量结果及界面活性的测量,探讨溶致液晶体系在多孔介质中的渗流机理。
本论文的创新点:1.较为系统地研究了油酸钠/油酸/盐水体系溶致液晶的流变性质,实验结果验证了‘溶致液晶的流变性质可以用来区分其微观结构’这一最新观点。
2.首次将油酸钠/油酸/盐水体系中各种不同微观结构的溶致液晶,用于室内模拟驱油实验。与胶束、聚合物、ASP的驱替效果相比较,溶致液晶体系的驱油效率最佳。