纳米氢氧化铝稳定泡沫性能研究.pdf

2012年9月
西安石油大学学报(自然科学版)
第27卷第5期
Journal of Xi'an Shiyou University( Natural Science Edition
Vol27 No5
文章编号:1673-064X(2012)0540078-04
纳米氢氧化铝稳定泡沫性能研究
王で,王走,韩蕾,王建海,朱艳
(中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580
摘要:通过原位表面活性化可使纳米颗粒变成表面活性颗粒,使其能够吸附在气一液界面上形成颗
粒单层,这种颗粒单层类似于表面活性剂在气一液界面上的吸附单分子层,有起泡和稳泡的作用
研究了納米氩氧化铝与表面活性剂SDS及OP-10复配产生的泡沫的性能.结果表明,以水为溶剂
时,OP-10基本不能使納米氢氧化铝颗粒原位表面活性化,不能在起泡和稳泡方面产生协同效应
而阴离子表面活性剂SDS能够通过静电作用吸附在纳米氩氧化铝颗粒表面,使颗粒表面覆盖一层
烷基链而亲水性减弱,从而能以颗粒单层形式吸附在气一液界面上起到起泡和稳泡的作用.当SDS
质量分数大于0.6%后,表面活性剂分子在颗粒表面形成双层或多层吸附,打破了活性颗粒的亲水
亲油平衡,纳米颗粒重新转变为强亲水颗粒,起泡、稳泡能力下降.质量分数0.1%纳米Al(OH)3+
SDS体系的泡沫封堵性能明显优于单一SDS体系,文中实验条件下阻力因子可达100以上
关键词:纳米氩氧化铝;原位表面活性化;稳泡作用;封堵性能
中图分类号:TE357文献标识码:A
泡沫流体由于具有高黏度、低密度、低摩阻及耐盐和抗剪切性能较差,在油田的应用受到一定的
“堵大不堵小、堵水不堵油”的特性,近年来在油田限制.纳米颗粒在有合适的亲水亲油性时,能在气
中的应用越来越广泛,大庆、新疆等油田利用泡沫低液界面上形成类似于表面活性剂的吸附层那样的颗
密度、低漏失及高携岩性等特点进行了泡沫针井的粒单层或多层,具有起泡和稳泡的作用,且生成的泡
实验及现场研究,有效解决了低压易漏及水敏层的沫与普通泡沫相比有更优异的抗温耐盐和抗剪切性
钻井难题泡沫压裂液在20世纪70年代率先在能.在合适的表面活性剂作用下,强亲水性的纳
美国应用,此后由于其易返排、滤失小及摩阻低等特米氢氧化铝颗粒能通过原位表面活性化而产生强的
点而得到广泛应用23,国内的辽河、吉林等油田对表面活性,同时提高泡沫的起泡和稳泡性能
泡沫压裂液进行了大量研究,取得很好的应用效果
泡沫的“堵大不堵小、堵水不堵油”及降低界面张力1实验
等性能使得泡沫流体在调剖堵水和驱油方面得到广
泛应用,大庆、胜利、中原及克拉玛依等油田进1.1实验药品
行了大量的现场应用,增油降水效果显著.在应用中
纳米Al(OH)3、十二烷基硫酸钠(SDS)、聚氧乙
为提高泡沫的稳定性能,常加入一定量的聚合物作烯烷基酚瞇(OP-10)
为稳泡剂?.但是聚合物的加入会降低泡沫的起泡1.2实验仪器
体积,对泡沫起泡性产生不利影响,且聚合物的耐温
超声波粉碎仪、高速搅拌器、秒表、电子天平、量
收稿日期:2012-03-19
甚金项目:国家重大科技专项(2011ZX05011-002)“整装油田提高采收率技术”专题研究部分成果
作者简介:王腾飞(1987-),男,在读博士,主要从事油田化学及提高采收率方面的研究.E-mnil:wangtengfeiforevert126.com
王腾飞等:纳米氢氧化铝稳定泡沫性能研究
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筒、平流泵、恒温箱、填砂管、二氧化碳气瓶、泡沫发度30℃、渗透率2.5m2、气液体积比2:1、液相注
生器等
入速度0.5mL/min)下分别测定2种体系的阻力因
1.3实验方法
子,对比分析纳米颗粒稳定泡沫的封堵性能.填砂管
1.3.1起泡及稳泡性能配制表面活性剂水溶液,长15cm,内径1cm,用均一尺寸的玻璃微球装填
用超声波粉碎仪将一定量的纳米氢氧化铝均匀分散
在表面活性剂溶液中形成纳米氢氧化铝的表面活性2结果与讨论
剂分散液,取分散液100mL于高搅杯中,高速搅拌
1min,迅速将泡沫倒入量筒中,记录泡沫初始体积
1纳米AI(OH)3-SDS混合体系
和半衰期.研究纳米氢氧化铝对SDS和OP-10泡
将纳米Al(OH)3(质量分数为0.1%和0.2%)
沫体系起泡和稳泡性能的影响
均匀分散于不同质量分数的SDS溶液中,进行泡沫
1.3.2泡沫封堵性能配制表面活性剂溶液及纳实验,结果如表1、图1和图2所示
米氢氧化铝的表面活性剂分散液,相同实验条件(温
表1纳米AI(OH)3-SDS混合体系的起泡及稳泡性能
Tab 1 Foaming and foam stabilizaton performance of the mixed system of Al( OH) nanoparticles with SDS
泡沫体积/mL
SDS质量
泡沫半衰期
n
无纳米
0.1%纳米
0.2%纳米
无纳米
0.1%纳米
0.2%纳米
分数/%
Al(OH) 3
Al(OH)3
Al(OH)3
Al(OH)]
Al(OH)
Al(OH)?
0,05
165
1.2
625
0.80
686
148,0
149.0
153.0
从图1和图2可以看出:随着SDS质量分数的
700
增加,泡沫体积呈现先增后平稳的趋势,而泡沫半衰
期则呈先增后减的趋势.当SDS质量分数小于
0.60%时,纳米氢氧化铝的加入可有效提高复合体
系的起泡和稳泡性能.由此可知,当SDS质量分数
单SDS
-0.1%氢氧化铝+SDS
在0.05%~0.60%范围时,SDS分子能够在纳米氢
0.2%氢氧化铝+SDS
氧化铝颗粒表面单层吸附,使氢氧化铝颗粒原位表
100
SDS质量分数/%
面活性化,即氢氧化铝颗粒与SDS发生协同效应,
图1纳米AMI(OH)3-SDS混合体系的起泡体积
提高了复合体系的起泡和稳泡能力.此外,从图1、2
Fig 1 Foam volume of the mixed system of
中还可发现,当纳米氢氧化铝的质量分数大于0.1%
Al( OH)3 nanoparticles with SDS
时,体系的泡沫体积和半衰期的增幅很小,此时再增
200
加纳米氢氧化铝的用量意义不大,因此确定纳米氢
氧化铝的最佳用量为0.1%
150
2.2纳米AM(OH)3-OP-10混合体系
倏100
将纳米AI(OH)3(质量分数为0.1%和0.2%
?
均匀分散于不同质量分数的OP-10溶液中,进行
50
单SDS
一0.1%氢氧化铝+SDS
泡沫实验,结果如表2、图3和图4所示.
-0.2%氢氧化铝+SDS
由图3和图4可知:随着OP-10质量分数的
0.6
SDS质量分数/%
增加,混合体系的起泡能力增强,泡沫稳定性先增后
图2纳米AI(OH)3-SDS混合体系的泡沫半衰期
减,OP-10的合适用量为0.50%(质量分数).