小分子粘弹性驱油体系的构筑、形成机制和驱油机理研究

海上油田和低渗透油藏提高采收率潜力巨大，但要推广化学驱技术仍面临很多困难，特别在驱油体系的溶解性能、耐剪切性能、不可入孔隙体积等方面还存在较突出的问题。基于小分子构筑的粘弹性流体为解决驱油体系的增粘效果和溶解性能、耐剪切性能、不可入孔隙体积之间的矛盾，促进海上油田和低渗透油田的三次采油开发提供了新的途径。本项目拟设计合成系列两性和阴离子-非离子型表面活性剂，通过自组装的方式构筑小分子粘弹性流体。利用小分子易于溶解、分子组合体能够快速解离和重组的特点，实现在低浓度下形成具有速溶性能、耐盐性能、耐剪切性能和不可入孔隙体积小的小分子粘弹性流体体系。利用流变仪、界面张力仪、驱替装置等方法研究体系的物理化学性能和驱油效果，揭示分子结构、物理化学性能和驱油效果之间的内在关系，阐明能够大幅度提高原油采收率的小分子粘弹性驱油体系的形成机制和驱油机理，为海上油田和低渗透油藏三次采油开发提供科学依据。

海上油田和低渗透油藏提高采收率潜力巨大，但要推广化学驱技术仍面临很多困难，特别在驱油体系的溶解性能、耐盐性能、不可入孔隙体积等方面还存在较突出的问题。本项目设计合成系列两性和Gemini型表面活性剂，通过自组装的方式构筑小分子粘弹性流体。研究了两性表面活性剂十六烷基磺基甜菜碱（HDPS）和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）的相行为。宏观观察、倒置试管和流变学测试结果表明在合适的总浓度和SDS摩尔分数下，HDPS/SDS 混合体系可在25 ℃时形成水凝胶。透射电子显微镜观察表明水凝胶的微观结构为长线状蠕虫状胶束和小囊泡。由于囊泡和蠕虫状胶束共存使体系中具有合适的临界排列参数，这促进体系中形成足够长度的蠕虫状胶束缠结成三维网络结构形成弹性水凝胶。升高温度后，水凝胶会发生凝胶-溶胶的转变过程。光学方法和流变学方法表明HDPS/SDS体系的转变温度Tg-s约为30℃。而且，增加盐含量也会促进凝胶的形成。因此，利用两性表面活性剂和阴离子表面活性剂在高盐条件下获得了小分子粘弹性流体体系，且质量分数为0.73%的HDPS/SDS体系所形成的蠕虫状胶束在60℃时粘度为42.3 mPa.s，且4倍使用浓度（2.92%）在35 ℃时具有溶解时间小于20 min的速溶性质。通过宏观相行为和微观聚集体结构的转变认识了两性/阴离子型表面活性剂混合体系中粘弹性溶液的形成机制和耐盐机制。利用两性/阴离子表面活性剂的协同效应可使HDPS/SDS混合体系与胜利原油在高矿化度、低浓度和宽浓度范围下获得10-5 mN•m-1量级的超低界面张力, 并分析了两性/阴离子表面活性剂间协同获得超低界面张力的机制。对于渤海原油，可通过加入助剂协助获得超低界面张力。这些低界面张力体系对原油有良好的乳化性能，可与原油形成Winsor III型微乳液。而且，在室内模拟四种油藏条件下，质量分数为0.2%~0.4%的小分子粘弹性流体不仅具有增粘效果而且能够显著降低界面张力，表现出良好的油藏适应性。通过驱替实验和可视化模型，测定了小分子粘弹性流体的驱油效果、不可入孔隙体积、波及系数，并与其它化学驱油体系进行了对比分析了小分子粘弹性流体的驱油机理。以本项目为依托，课题组在Soft Matter、物理化学学报和中国石油大学学报等期刊发表SCI、EI收录论文6篇，核心期刊论文2篇，申请发明专利2项，培养研究生4名.