2.2.3乳化性能

圖6為不同體系的析水率與時(shí)間關(guān)系圖。由圖6可知,TDMS的析水率為40%,LHSB的析水率為90%。有機(jī)堿可增強(qiáng)LHSB的乳化能力，其中二乙醇胺最為顯著，使析水率降低至56%。這是因?yàn)槎掖及纺軌蚺c原油中的酸性組分(石油酸)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有表面活性的烷醇酰胺化合物，這種反應(yīng)產(chǎn)物能顯著改善油相的乳化性能，并與LHSB產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，從而顯著提升LHSB的乳化效果。

TDMS表面活性劑因其分子結(jié)構(gòu)中包含較長(zhǎng)的疏水鏈段和雙親性基團(tuán),導(dǎo)致油水分離過程更為緩慢。隨著疏水烷基鏈長(zhǎng)度的增加,分子更容易形成膠束。在相同濃度條件下，這種結(jié)構(gòu)特征能夠形成更多的疏水區(qū)域，顯著增強(qiáng)對(duì)油滴的增溶作用，進(jìn)而形成更加穩(wěn)定的乳化體系，從而表現(xiàn)出更優(yōu)異的乳化性能。同時(shí)，分子結(jié)構(gòu)中含有多個(gè)仲胺基團(tuán)，TDMS表面活性劑的乳化能力得到了進(jìn)一步增強(qiáng)。

2.2.4潤(rùn)濕性能

圖7為不同體系與天然巖心的接觸角。由圖7可知，TDMS和LHSB對(duì)巖心潤(rùn)濕性的改善效果顯著，能夠?qū)⒂蜐裥詭r心轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)水濕性，其接觸角可分別降至41.1°和46.8°。然而，當(dāng)體系中加入有機(jī)堿后，接觸角普遍增大。這一現(xiàn)象的原因在于:二乙醇胺會(huì)占據(jù)LHSB分子在巖石表面的吸附位點(diǎn)，產(chǎn)生空間位阻效應(yīng)，從而限制了LHSB分子在巖石表面的接觸率和吸附性，最終造成體系潤(rùn)濕性能下降;聚醚胺的加入，可能會(huì)與石油酸類化合物發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致其發(fā)生質(zhì)子化反應(yīng)，降低了LHSB在巖心表面的吸附量，減弱了對(duì)油濕巖石的潤(rùn)濕性;二乙胺，三乙胺為小分子有機(jī)胺，可能優(yōu)先吸附在巖石表面，占據(jù)原本表面活性劑的吸附位點(diǎn)，這會(huì)減少表面活性劑在巖石表面的吸附量，從而削弱表面活性劑對(duì)潤(rùn)濕性的調(diào)控能力。

TDMS表面活性劑尾端含有兩個(gè)親水基團(tuán)，可以增強(qiáng)烷基疏水鏈的疏水結(jié)合能力。同時(shí)它含有多胺骨架結(jié)構(gòu)，可增強(qiáng)正電荷密度，強(qiáng)化與負(fù)電性巖心表面的靜電吸附，形成穩(wěn)固吸附層。TDMS分子由于具有較長(zhǎng)的疏水鏈段，能夠在油水界面更有效地緊密排列。這種緊密吸附主要得益于分子間的連接鍵作用，該作用可以顯著降低靜電排斥力，從而使界面上吸附的表面活性劑分子密度得以提升。

2.2.5耐鹽性能

圖8為TDMS在不同離子濃度梯度下的界面張力。由圖8可知，隨著NaCl與CaCl?質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，TDMS溶液界面張力呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)，在Na?、Ca2?質(zhì)量濃度分別為30000、15000 mg/L時(shí)，TDMS溶液的界面張力最低,分別為0.00334和0.02229 mN/m。這是由于“鹽析效應(yīng)”的影響:在離子質(zhì)量濃度較低時(shí)，大部分表面活性劑會(huì)分散于水相中，鹽含量增加，促使表面活性劑從水相轉(zhuǎn)向油相,界面張力持續(xù)下降。水相和油相中表面活性劑含量平衡時(shí)，界面吸附最佳，界面張力達(dá)到最小值。然而,離子質(zhì)量濃度進(jìn)一步升高,會(huì)使表面活性劑大量進(jìn)入油相形成膠束，導(dǎo)致界面吸附失衡，界面張力上升。

2.2.6耐溫性能

圖9為TDMS在不同溫度下的界面張力值。由圖9可知，隨著溫度的升高，TDMS的溶液界面張力呈現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)。在60、90和120℃下,TDMS的界面張力值有小幅度升高,但仍保持10?2的數(shù)量級(jí)，具有良好的耐溫性能。這是由于TDMS表面活性劑中含有磺酸基團(tuán),具有強(qiáng)極性和電離能力,在高溫下仍能有效吸附在油水界面,從而穩(wěn)定地降低界面張力。

2.2.7 Zeta電位

Zeta電位是表征電荷在固體表面顆粒之間相互排斥或吸引力強(qiáng)度的量度。TDMS的Zeta電位在0.3~0.4 mV之間，接近于0。這是由于TDMS表面活性劑同時(shí)含有陽離子季銨鹽基團(tuán)和陰離子磺酸基團(tuán)，二者電荷接近中性。同時(shí)，電荷平衡會(huì)影響其分子排列密度，從而在油水界面調(diào)節(jié)表面張力。

2.2.8聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選

圖10為不同聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)二元體系的界面張力。由圖10可知，隨著聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，體系油水界面張力先下降后逐漸升高。當(dāng)聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%時(shí)，二元體系的油水界面張力達(dá)到最低值(0.0295 mN/m)。當(dāng)聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至0.30%時(shí)，二元體系的油水界面張力大于10?2 mN/m，降低油水界面張力效果顯著減弱。因此，以0.15% HPAM作為二元復(fù)合驅(qū)油體系的優(yōu)選聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2.2.9驅(qū)油性能

表1為新型二元復(fù)合驅(qū)油體系驅(qū)油的效果。由表1可知,人造巖心在水驅(qū)階段的最終采收率為49.2%,注入0.5 PV的有機(jī)堿二元復(fù)合驅(qū)油體系并繼續(xù)水驅(qū)，可使采收率在原有基礎(chǔ)上提升25.7%，最終達(dá)到74.9%的總采收率。

在水驅(qū)開發(fā)初期，隨著注入體積的增加，注入壓力和原油采收率同步上升，此時(shí)含水率保持為0;進(jìn)入水驅(qū)中后期，注入壓力經(jīng)歷短暫下降后達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，同時(shí)含水率呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)，最終趨于穩(wěn)定，含水率達(dá)到90%;在二元復(fù)合驅(qū)油階段，隨著含水率逐步降低，原油采收率和注入壓力呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì)，采收率最高可提升至52%;進(jìn)入后續(xù)水驅(qū)階段，采收率與含水率同步增長(zhǎng)并最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，而注入壓力則經(jīng)歷先上升后回落的過程，最終趨于平穩(wěn)。

3結(jié)論

1)以N-牛脂基三胺、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯和3-氯-2-羥基丙磺酸鈉作為反應(yīng)原料，制備了一種新型多胺型甜菜堿表面活性劑TDMS，對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，結(jié)構(gòu)表征中出現(xiàn)了設(shè)計(jì)的分子結(jié)構(gòu)，證明產(chǎn)物已成功制備。

2)相較于LHSB及其與多種有機(jī)堿的復(fù)合體系，TDMS展現(xiàn)出更優(yōu)異的表面活性性能。該體系具有以下顯著特點(diǎn):極低的臨界膠束濃度(CMC=4.78×10?? mol/L);出色的界面活性，能將油水界面張力降低至0.016 mN/m;良好的潤(rùn)濕調(diào)控能力，可使油濕性巖石接觸角降至41.1°;優(yōu)異的乳化穩(wěn)定性，80 min析水率僅為40%。以上性能指標(biāo)均優(yōu)于對(duì)比體系，表明TDMS在降低界面張力、改善潤(rùn)濕性和穩(wěn)定乳液方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

3)用0.3% TDMS+0.15% HPAM作為新型有機(jī)堿二元復(fù)合驅(qū)油體系具有良好的驅(qū)油性能，可在水驅(qū)的基礎(chǔ)上提高原油采收率25.7%。