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1、成都理工大学 硕士学位论文 新型双子（Gemini）表面活性剂的合成及其在三次采油 （EOR）中的应用 姓名：褚奇 申请学位级别：硕士 专业：矿产资源化学 指导教师：梁渠 20090501 摘 要 I 新型双子新型双子(Gemini)表面活性剂的合成表面活性剂的合成、性能性能测试测试及及其其 在三次采油在三次采油(EOR)中的应用研究中的应用研究 作者简介：褚奇，男，1982 年 5 月生，师从成都理工大学梁渠副教授，2009 年 6 月毕业于成都理工大学矿产资源化学专业，获得理学硕士学位。 摘摘 要要 提高水驱后剩余油采收率的三次采油技术研究， 已成为油田开发后期加强油 田开发的重要课题。
2、上世纪 80 年代， 碱/表面活性剂/聚合物 (ASP)三元复合驱是 在碱驱、表面活性剂驱和聚合物驱之上发展起来的三次采油技术，它是利用各驱 油剂间的协同作用，不断提高洗油效率且扩大了驱替相的波及体积，从而大幅提 高原油采收率的。选择合适的表面活性剂体系，将油/水界面张力(IFT)降低至 10-3mN/m 数量级是该技术应用的关键。但是，目前我国尚未开发出一种可以降 低油/水 IFT 至超低水平的表面活性剂体系。国外公司开发的少量品种，虽然可 以将油/水 IFT 降至超低水平，但是这些表面活性剂价格昂贵且无普适性，在使 用过程中需要大量碱的协助，增加了使用成本。因此，开发一种高效、实用、廉 价
3、的表面活性剂具有重大意义。 双子(Gemini)表面活性剂是一种新型的表面活性剂。与普通表面活性剂相 比， 它具有更高的表(界)面活性、低临界胶束浓度(cmc)和高效润湿性能等特点， 这是目前三次采油中驱油用的任何一种表面活性剂所无法比拟的。本研究以双 酚 A、溴代烷(含碳数分别为 10、12、14、16)、氯磺酸、三乙醇胺为主要原料， 通过醚化反应、磺化反应和中和反应从而合成了一种阴离子型双醚双苯磺酸盐 (DADPS)Gemini 表面活性剂：2，2-二(4-烷氧基-3-苯磺酸三乙醇胺)丙烷，系统 命名法：5，5-（2，2-丙撑基）二(2-烷氧基苯磺酸三（2-羟乙基）铵，并对合 成的 Gem
4、ini 表面活性剂利用红外光谱进行了结构表征。 通过对该系列 Gemini 表面活性剂的表面活性研究发现， 其 cmc 为 0.791.02 mol L-1， 表面张力(cmc)为 28.433.2 mN m-1。 Gemini 表面活性剂降低油/水 IFT 的研究结果表明，在未添加任何助剂的情况下，可以将油/水 IFT 降低至 10-3 mNm-1的超低水平(DADPS-10 除外)，且维持时间较长；同时，Gemini 表面 活性剂表现出比普通表面活性剂更佳的与碱之间的协同效应，且可以在较宽的 矿化度范围内维持超低的油/水 IFT。 利用接触角测定仪为评价工具，研究结果表明， Gemini
5、表面活性剂可以 成都理工大学硕士学位论文 II 将亲油砂岩表面(大约 110)改变为弱亲水表面(大约 40)， 其润湿能力高于普 通阴离子型表面活性剂，但低于普通阳离子型表面活性剂；润湿能力随疏水链 长度的增加而下降。采用静态法，在 45 下研究表面活性剂油砂表面的吸附， Gemini 表面活性剂吸附性明显低于普通表面活性剂，且符合 Langmuir 等温吸 附规律，NaOH 和聚丙烯酰胺的加入可以进一步降低吸附量。 阴离子 Gemini 表面活性剂的微观驱油过程研究结果表明，Gemini 表面活 性剂具有很高的驱油效率。根据实验过程和结果分析其驱油机理，主要包括降 低油/水 IFT， 形成分
6、子膜改变岩石表面润湿性等。 由此可见， 该阴离子型 Gemini 表面活性剂在三次采油领域具有良好的应用前景。 关键词关键词：阴离子Gemini表面活性剂，油/水界面张力(IFT)，ASP三元复合驱， 提高采收率 Abstract III 、Study on SynthesisProperties and Applications in Enhanced Oil Recovery (EOR) of Novel Gemini Surfactant Introduction of the author： Chuqi， male， was born in March， 1982， whose tut
7、or was Associate Professor LiangquHe graduated from Chengdu University of Technology in Mineral Resource Chemistry and was granted the Master Degree in June，2009 ABSTRACT The tertiary oil recovery research had become important issue，which aimed at improving oil recovery of remainder oil after water
8、floodingThe technology of alkaline/surfactant/polymer (ASP) compound flooding has been developed from the 1980s，which is derived from alkaline flooding、surfactant flooding and polymer floodingASP compound flooding not only enhance the displacement efficiency but also can enlarge the sweep volume of
9、displacing phase by the synergistic effect among oil displacement agentsThe key technique of ASP compound flooding is how to choose the best surfactants system which can reduce oil/water interfacial tension(IFT) to 10-3mNm-1But surfactants systems which can reduce oil/water IFT to ulrtalow level are
10、 not developed in our country nowOversea corporations have produced a few surfactants systems，but the prices are very expensive and these surfactants systems can not fit to various crude oil and need the help of a great deal alkaliThe exploration of surfactants system with high effectiveness、practic
11、ability and cheapness has a great significant Gemini surfactant is a new-style surfactant.Comparaed with conventional surfactants, Gemini surfactants exhibit higher surface activity、lower cmc and high-powered wettability, which make them superior to the sole surfactant employed in EOR area at presen
12、t. The anionic diaether diphenyl sulfonate(DADPS) Gemini surfactant(Tris(2-hydroxyethyl)ammonium5,5-(propane-2,2-diyl)bis(2-alkoxybenze nesulfonate) was synthesized acting as reacting material with bisphnol A、 bromo-alkane(containing the number of carbon atom are 10、 12、14、 16 respectively) 、 chloro
13、sulfonic acid and triethanolamine.The reactions include aetheration reaction、sulfonic reaction and neutralization reaction. Finally, the structures of these Gemini surfactants were identified by Infrared Absorption Spectrometry (IR). 成都理工大学硕士学位论文 IV Gemini surfactants surface activities was appraise
14、d, the result showed that the cmc of Gemini surfactants are from 0.79 to 1.02 molL-1, the surface tension (cmc)are from 28.4 to 33.2 mNm-1.The investigation results of Gemini surfactants solution reducing oil/water IFT indicated that this sort of surfactants could reduce water/oil IFT even to ultra
15、low level, which is 10-3 mNm-1order of magnitude under the condition of without any assistant reagents(except DADPS-10),and the time of maintaining is long. Gemini surfactants had better synergistic effect with alkaline than conventional surfactants, which could maintain ultra low IFT at a wide rang
16、e of mineralizable degree. The surface property was evaluated by contact angle measuring instrument：The investigation results of anionic Gemini surfactants converting sandstone surface wettability indicated that anionic Gemini surfactants could convert oil-wet (about 110) into weak water-wet (about 40). The converting wettability capability of Gemini surfactants is higher than conventional ani
