流体/流体界面多功能自组织材料的构筑及其在高温高盐油藏的应用

The interfacial properties of fluid/fluid films are closely related with numerous industrial processes. It is very important in both theoretic value and practical significance to build interfacial materials with different functions through the self-organization of interfacial-active chemical agents on fluid/fluid interface. At the present stage, the petroleum production in china depends strongly on the development of chemical flooding technique, which can bring extensively enhancement in petroleum recovery by chemical agents through improving the crude oil-water interfacial properties. However, there are molecular exchanges between interfacial materials and the bulk because the fluid/fluid interfacial film formed by self-organized material is in form of nano-scale dynamic balance layer. Furthermore, the effective method to explore the fluid-fluid interface is lack. Therefore, the relevant research falls far behind the demands of production practice. Aimed to two major oil-water interfacial characteristic parameters affecting the petroleum recovery: interfacial tension and interfacial film strength, this project will design and synthesis a series of anionic surfactants containing polyoxyethylene group and zwitterionic surfactants, then investigate their structure-activity relationships and build the interfacial self-organized material which can reduce the oil-water interfacial tension blow a thousandth (less than 10-2 mN/m). This project will also study the interactions between the surfactant and polymer to build the interfacial material with controllable strength. Finally, the controllable performance of crude oil-solution interfacial multifunctional self-organized materials applied to high temperature and high salinity reservoir can be developed.

流体/流体界面的性质与众多工业过程相关，利用具备界面活性的化学剂在流体/流体界面的自组织，构筑不同功能的界面材料，具有较大的理论意义和实际价值。现阶段，我国的石油生产强烈依赖化学驱油技术的发展，该技术通过能够改善原油-水界面性质的化学剂，大幅度提高石油的采收率。但是，由于流体/流体界面自组织材料是纳米尺度的动态平衡界面膜，存在界面材料与体相之间的分子交换，加之缺乏针对流体/流体界面的有效研究手段，相关研究远远落后于生产实践的需求。本项目针对影响原油开采的两大油水界面特征参数：界面张力和界面膜强度，设计、合成含聚氧乙烯基团的阴离子表面活性和两性离子表面活性剂，研究其构效关系，构筑能够将油水界面张力降低至千分之一以下的界面自组织材料（低于0.01mN/m）；研究表面活性剂-聚合物之间相互作用，构筑强度可控的界面膜材料。最终研发出适用于高温高盐油藏条件的性能可控的原油-溶液界面多功能自组织材料。

本项目瞄准高温高盐油藏，针对影响原油开采的油水界面特征参数，设计、合成了含聚氧乙烯基团的阴离子表面活性和甜菜碱型两性离子表面活性剂，研究了这两类表面活性剂分子的结构与降低界面张力及吸附膜强度的关系，研发了适用于高温高盐油藏条件的性能可控的驱油表面活性剂。.研究发现，驱油化学剂从体相向界面的吸附能力主要由分子的亲水亲油平衡能力和空间位阻控制：在油水两相溶解程度相似的分子具有最佳的亲水亲油平衡能力，在界面上有最大的吸附量；分子尺寸越小，吸附的空间位阻越小，吸附量越大。而界面膜性质由吸附分子数量、分子间相互作用、界面聚集结构等因素控制。其中，降低界面张力能力与吸附分子数量、分子间相互作用、界面聚集结构不是正相关的关系，而只与界面吸附膜排列的紧密程度（界面层中溶剂分子的数目）有关；界面膜的强度则与吸附分子数量以及排列紧密程度无关，而与界面分子间相互作用和弛豫过程有关。.甜菜碱分子较大的亲水基团平铺在界面上，形成具有一定弹性和强度的油水界面膜，有利于乳状液的稳定；界面膜在油相一侧存在吸附空位，有利于与原油组分混合吸附，达到超低界面张力；界面膜的性质主要由原油组分的尺寸和界面膜吸附空位的大小控制，两者尺寸匹配，则能形成兼具超低张力和一定强度的界面膜。矿化度和二价离子对甜菜碱溶液的界面张力影响不大，弱碱促进原油活性组分在界面上的吸附，有利于甜菜碱达到超低界面张力。.阴非离子表面活性剂通过在界面上的紧密排列，将原油的界面张力降至超低，确定达到超低界面张力的适宜链长和EO数目；矿化度、二价离子、pH均对阴非离子表面活性剂的界面张力有影响；二价离子促进阴非离子表面活性剂在界面的紧密排列，是获得超低界面张力的关键因素。增大分子结构中聚氧乙烯（EO）的数目，能够增加链间相互作用、形成亚层，从而增大膜强度。. 本项目的研究成果对于高温高盐油藏化学驱的配方设计和优化具有较强的指导作用。