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季铵盐阳离子表面活性剂的应用
摘自:日期:2020-03-25 09:55

1  季铵盐的性能评价

1.1  粘土稳定性能评价?

在石油工业的多个作业中均要使用水基液如钻井液、完井掖,这些作用都有防止油层水敏伤害问题。因此,在完井掖中需要加入一种能有效控制油层中水化膨胀,使其稳定,对油层不产生损害的粘土稳定剂,以达到保护油层的目的。

称取40红层页岩土在页岩成型机上压片,压力为5MPa,升压速度为1MPa/min,在5MPa压力下维持5min,制得压力试样。将合成的三种较高分子量的季铵盐表面活性剂产品分别配成一定浓度的水溶液,在常温常压下用瓦氏膨胀仪和百分表测取其页岩压片试样在水及季铵盐水溶液中不同时间下的线性膨胀率(VH)VH通过压片试样遇水和季铵盐水溶液的净膨胀高度与初始高度的比值求得5。三种季铵盐的膨胀率随时间的变化关系:三种季铵盐均有一定的防止粘土膨胀的性质。压片试样遇清水24小时的膨胀率是78.3%,而加入这三种产品后能大大的降低粘土的水化膨胀,无论加量是200ppm还是500ppm,其水化膨胀率均在41.1%以下,较清水下降很多,起到稳定粘土的作用,可为粘土稳定剂。比较膨胀率随时间的变化数据可知,在实验所作的浓度下EDE的抑制性即稳定粘土、防止粘土的水化膨胀能力好,然后是EMEEDM。三种季铵盐的加量增加则抑制粘土的水化膨胀能力提高。?

1.2  破乳脱油性能评价?

取含油污水100ml45恒温30min,然后在搅拌速度300r/min下加季铵盐表面活性剂产品的水溶液,10min后移入分液漏斗中静置30min,取下层水样进行油含量测定5。用南充炼油厂的含油污水进行破乳脱油实验,在加量均为50ppm时三种季铵盐的实验结果对炼油厂的含油污水,在45温度下三种较高分子量的季铵盐阳离子表面活性剂产品在加量均为50ppm时,都可使含油量为3175.3ppm的含油污水破乳脱油,但三种季铵盐的效果不同。主链上的正氮离子带乙基的EME好,脱油率达到91.0%,然后是带乙基和甲基的EDM,尔后是带甲基的EDE。这说明季铵盐主链上的正氮离子所带的烷基的碳原子数直接与脱油效果有关,带乙基的比甲基的好。

将三种季铵盐按不同的加量加入含油污水中考察对破乳脱油的影响结果入表3。从实验数据可以看出:对炼油厂的含油污水,三种季铵盐阳离子产品的加量均对含油污水的破乳脱油有较大的影响。三种产品都有一个加量,而不是随加量的增加破乳脱油效果变好。EME的加量为50-70ppmEDM的为50-90ppmEDE的为30ppm。?

1.3  缓蚀性能评价?

为了提高油井产量,常常对油井要进行酸化。这就引起酸液对其设备的腐蚀问题,为此加入缓蚀剂来防腐。常用的缓蚀剂多为季铵盐类物质。采用钢片静态失重法6,评价三种季铵盐的缓蚀效果,其中季铵盐的浓度为1.5%,盐酸的浓度为15%,实验结果见表4所示。从表可知,在不同的温度下三种季铵盐均有缓蚀能力,但性能有所差异,缓蚀能力依次为EDEEMEEDM。可见在酸中季铵盐主链上的正氮离子带甲基的比带乙基的缓蚀效果好。温度对三种季铵盐的缓蚀效果影响很大,温度升高缓蚀能力降低。

2  作用机理

三种较高分子量的季铵盐阳离子表面活性剂分子链上含有正电荷,它与粘土矿物之间存在着很强的作用力。一方面可与粘土晶层间和表面上的低价阳离子发生阳离子交换,并通过大分子链上的很多正电性基团与粘土负电荷的静电作用、大分子链与粘土晶面间很强的范德华力作用,使季铵盐大分子牢固地吸附在粘土和其它微粒的晶层和颗粒表面上,形成一层单分子膜。这种长链单分子吸附,中和了粘土晶层间和表面的负电荷,使晶层和颗粒间的静电斥力减少,晶层收缩而不易水化分散;同时大分子长链吸附到多个晶层间和微粒上,从而抑制粘土的分散和微粒的运移,起到稳定粘土和微粒、防止粘土的水化膨胀作用。另一方面,大分子的吸附牢固,使粘土表面形成的双电层变薄,斥力减少,使水不易流入粘土间,减少了水化膨胀作用。三种较高分子量的季铵盐稳定粘土的性质不同,是由于分子长链正氮离子所带的烷基不同。所带的烷基位阻小,则易吸附在粘土上,其稳定粘土的性能就好,因此表现出正氮离子带甲基的EDE的抑制性即稳定粘土能力比带乙基的EDM好。

以环氧氯丙烷和胺类为原料合成的三种较高分子量的季铵盐产品破乳脱油效果是不同的。EM E特性粘度在三种产品中相对大,分子量也较高一些,使得破乳脱油效果好,脱油率较另外两种高。絮凝破乳脱油性能有一个加量,在加量低时显著,但加量高时分子间碰撞剧烈将打散已形成絮体,使得脱油率降低。?

含正氮离子的季铵盐具有缓蚀能力是由于它们的季铵阳离子,比H3O+优先吸附在铁表面,发生多点吸附,形成致密牢固的吸附膜,从而阻止金属表面的腐蚀;此外季铵盐在钢铁表面的吸附,改变了金属表面的亲水性能,减缓了其腐蚀。在加量相同的情况下,三种较高分子量的季铵盐缓蚀能力是不同的,分子长链上正氮离子所带的甲基的EDE由于位阻小,易吸附在金属表面上,使其缓蚀性能好。分子长链上正氮离子带乙基的EDM位阻大,使得不易吸附在金属表面上和即使吸附也不牢固,其缓蚀性能减低。因此缓蚀能力依次为EDEEMEEDM。?

3   

以环氧氯丙烷和二甲胺及二乙胺为原料,采用水溶液聚合合成了三种较高分子量的季铵盐阳离子表面活性剂EDEEDMEME。通过防止泥页岩水化膨胀的粘土稳定性能、含油污水的絮凝破乳脱油性能及防止金属在酸液中被腐蚀的缓蚀性能的评价得出它们有好的稳定粘土的性能,也具有破乳脱油、缓蚀作用。这些作用由于它们分子长链上正氮离子所带的甲基、乙基基团的不同和分子长链的分子量不同而不同。

参考文献

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