基于CO2/N2开关特性的O/W型稠油乳状液的构建和性能研究

It is difficult for us to maintain the stability of heavy oil-in-water emulsion by using routine methods, accounting for phase separation and pipe blockage and, what is more, it is unable to break the emulsion promptly when arriving at the terminal. We plan to design the small organic tertiary amine molecule and assemble a CO2-switchable surfactant with naphthenic acids through non-covalent interaction; Exploring the influence of the substituent structure of organic tertiary amine and its basicity on non-covalent combination and its switchable property; The CO2/N2 switchable surfactants can be constructed at the crude oil/water interface by mixing the heavy oil and aqueous solution of tertiary amine, which subsequently promote the formation of CO2/N2 switchable heavy oil-in-water emulsion; Exploring the influence of the substituent structure of organic tertiary amine and its basicity on the formation, type, stability, switchable property and demulsification of heavy oil emulsion. Corresponding researches could deepen the understanding of non-covalent assembly, enrich the comprehension of CO2/N2 switchable emulsion, provide the design of heavy oil emulsion with new approaches and extend the domain of the CO2/N2 switchable surfactant, thus promoting the development of switchable emulsion.

常规的乳化降粘工艺已不能确保O/W型稠油乳状液的稳定性，在集输过程中易发生相分离和管道堵塞，且在集输终点不能快速破乳。设计合成小分子有机叔胺与环烷酸，通过非共价键作用，组装CO2/N2开关表面活性剂；探索有机叔胺取代基结构与碱性强弱对该非共价键组装和CO2/N2开关表面活性剂的开关特性的影响规律；利用小分子有机叔胺水溶液与稠油混合，在油水界面原位组装CO2/N2开关表面活性剂，直接乳化，制备具有CO2/N2开关特性的O/W型稠油乳状液；研究有机叔胺的取代基结构与碱性强弱对稠油乳状液的形成、类型、稳定性、开关特性及破乳性的影响机制。相关研究可以加深人们对非共价键组装的理解，丰富对CO2/N2开关乳状液的认识，提出新方法用于稠油乳状液的构建，拓展CO2/N2开关表面活性剂的研究领域，以期推动开关乳状液化学的发展。

小分子叔胺可以与稠油中所含有的环烷酸通过非共价键作用原位自组装形成具有CO2响应的表面活性剂，从而达到将高粘度稠油以粘度更低的水包油乳液的形式进行集输的目的。在稠油管道输送的起点，将小分子叔胺和水加入稠油中可以将稠油乳化形成粘度较低的水包油乳液。在输送终点，向稠油乳液中通入CO2破坏组装表面活性剂，从而实现稠油和水的分离，同时向分离出的水溶液中通入N2还可以对小分子胺进行回收。这是一个相对绿色、环保的稠油乳化和破乳工艺，对稠油集输领域具有非常广阔的应用前景。为了研究小分子叔胺与环烷酸的自组装行为，将3-环己烯-1-甲酸用来模拟稠油中的环烷酸。通过核磁氢谱表征发现其与各种结构的小分子叔胺都可以组装形成表面活性剂。测定CO2的引入对表面活性剂溶液电导率的影响发现这类表面活性剂具有较好的CO2响应性。叔胺的取代基结构对组装表面活性剂的乳化和破乳性能影响较大，比如，过长的疏水碳链结构会导致破乳困难(N,N-二甲基十二烷基胺)。我们发现疏水碳链长度适中的N,N-二甲基正丁胺和N,N-二甲基环己胺与环烷酸组装形成表面活性剂既可以将稠油乳化形成稳定的水包油乳液又可以在CO2存在下对乳液进行破乳。研究过程中发现，水包油乳液中的稠油含量大于70%时，所形成的乳液具有非常好的稳定性，柠檬酸相比于CO2具有更好的破乳效果。实验说明小分子叔胺可以广泛应用于稠油乳化降粘及集输领域。