一种原位生成方法用于PVA接枝zwiterrionic表面活性剂：基于微流控技术的增强型石油回收研究

《Journal of Molecular Liquids》：A novel in situ generation for PVA-grafting of zwiterrionic surfactant: A microfluidic enhanced oil recovery study

两性离子表面活性剂改性聚合物体系PS-1和PS-2制备及EOR性能研究。PS-1含CAPB，PS-2含SDBS/BAC混合物，通过湿化学法制备并快速淬火改性。FTIR和XRD显示PS-2因离子复合形成部分结晶结构，FESEM表明PS-1颗粒更小均匀，PS-2结构致密。TGA显示PS-2热稳定性更高。界面张力测试表明PS-1在10,000ppm下降至4mN/m，PS-2为10mN/m，接触角分别降至50°和38°。油藏采收率PS-1达48%，PS-2达50%，随浓度升高效果显著。

　　在石油开采领域，随着对提高原油采收率（Enhanced Oil Recovery, EOR）技术的需求日益增长，传统化学剂在极端储层条件下的效果往往受限，因此，开发更加稳定且高效的替代品成为关键。本研究聚焦于两种新型的两性离子表面活性剂修饰聚合物体系——PS-1和PS-2，它们均以聚乙烯醇（PVA）为基础材料，并通过湿化学合成方法制备。PS-1采用椰油酰胺丙基甜菜碱（CAPB）作为表面活性剂，而PS-2则使用由阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和阳离子表面活性剂苯扎氯铵（BAC）组成的两性离子复合物。这些材料的合成与改性过程旨在克服现有技术在高温、高盐度等不利环境下的局限性，同时提升其在油水界面行为、润湿性和流动性控制方面的表现。

在实验测试中，PS-1和PS-2在不同浓度下均表现出良好的稳定性，其性能在72小时内保持一致。通过对这两种材料的粘度、界面张力（Interfacial Tension, IFT）和接触角进行评估，结果表明它们在提高原油采收率方面具有显著的潜力。例如，在10000 ppm浓度下，PS-1的粘度表现出持续上升的趋势，其界面张力从40 mN/m降至4 mN/m，而接触角从155°降至50°，显示出增强的亲水性。相比之下，PS-2的界面张力从10 mN/m进一步降低至4 mN/m，接触角降至38°，表明其在降低界面张力和改善润湿性方面更为有效。此外，PS-2的热稳定性测试结果显示其具有更高的耐热性，这使其在高温储层环境中表现出更强的适应能力。

FTIR和XRD分析结果进一步揭示了PS-1和PS-2在分子结构和结晶性方面的差异。PS-1主要保持非晶态结构，其特征在于聚合物与表面活性剂之间的氢键作用，而PS-2则显示出部分结晶性，这是由于更强的离子相互作用所致。这种结构差异直接影响了材料在储层中的性能表现，例如PS-2的密度和颗粒形态更加均匀，这可能与其较高的结晶度有关。同时，FESEM图像显示PS-1的颗粒尺寸较小且分布均匀，而PS-2的颗粒结构更为致密，这表明其在微观尺度上可能具有不同的物理特性，从而影响其在储层中的流动性。

此外，研究还探讨了盐度对界面张力和表面润湿性的影响。结果表明，随着盐度的增加，界面张力普遍上升，同时导致储层岩石向油湿性转变。然而，加入表面活性剂可以有效降低界面张力并增强亲水性，这有助于提高油的驱替效率。PS-1和PS-2在不同盐度下的测试结果进一步支持了这一结论，其中PS-2在降低界面张力和改善润湿性方面表现出更优的性能。这种特性使其在高盐度储层中具有更强的适用性，这在当前的EOR研究中是一个重要的方向。

在实验测试中，PS-1和PS-2在不同浓度下的油采收率数据同样显示出显著差异。例如，在4000 ppm浓度下，PS-1和PS-2的油采收率分别为27%和34%，而在10000 ppm浓度下，其采收率分别达到48%和50%。这些结果表明，随着浓度的增加，两种材料的油采收率均有所提升，但PS-2的提升幅度更大。这可能与其更优的结构特性、更强的界面活性以及更高的热稳定性有关。同时，PS-2在盐度影响下的表现也更为稳健，这表明其在复杂储层条件下的适应能力更强。

除了性能测试，研究还关注了这些材料在实际应用中的经济性和环境适应性。由于EOR技术通常需要大量化学剂，因此如何在不牺牲性能的前提下降低成本成为研究的重点。PS-2的高热稳定性和优异的界面活性使其在高温、高盐度等恶劣条件下仍能保持较高的效率，这在当前的EOR技术中具有重要意义。此外，PS-2的合成过程采用了快速淬冷技术，这种方法不仅提高了生产效率，还增强了材料的稳定性，使其在实际应用中更具可行性。

在实际应用中，EOR技术通常需要考虑储层的复杂性，例如储层的温度、盐度、孔隙结构以及油水界面特性。PS-1和PS-2的合成方法针对这些因素进行了优化，使其在不同储层条件下都能保持良好的性能。例如，PS-1在降低界面张力和改善润湿性方面表现优异，而PS-2则在提高粘度和增强热稳定性方面更具优势。这种差异使得PS-2在某些特定储层条件下的应用更为广泛，尤其是在高盐度和高温环境下。

在EOR技术的发展过程中，研究人员不断探索新的材料和方法，以提高原油采收率并克服现有技术的局限性。例如，一些研究尝试通过结合不同类型的化学剂，如聚合物、表面活性剂、碱性溶液和纳米颗粒，来优化EOR效果。然而，这些方法在实际应用中仍面临诸多挑战，如高温下的稳定性问题、盐度对性能的影响、吸附损失以及复杂工艺的实施难度。因此，开发新型的两性离子表面活性剂修饰聚合物体系成为解决这些问题的有效途径。

PS-1和PS-2的合成方法在一定程度上克服了这些挑战。例如，PS-1通过引入CAPB作为表面活性剂，有效降低了界面张力并改善了润湿性，而PS-2则通过结合SDBS和BAC，形成了更强的两性离子结构，从而提高了材料的稳定性和界面活性。这些改进不仅增强了材料在储层中的性能，还提高了其在复杂环境下的适应能力。此外，PS-2的合成过程中采用了快速淬冷技术，这种方法能够有效提高材料的生产效率，并确保其在高温条件下的稳定性，这在当前的EOR技术中具有重要的应用价值。

在实际应用中，EOR技术的经济性和环境适应性同样不可忽视。PS-2的高热稳定性和优异的界面活性使其在高温、高盐度等不利条件下仍能保持较高的效率，这在当前的EOR技术中具有重要意义。同时，PS-2的合成过程采用了快速淬冷技术，这种方法不仅提高了生产效率，还增强了材料的稳定性，使其在实际应用中更具可行性。此外，PS-2的高粘度特性使其在驱替油的过程中能够更有效地控制流动性，减少油水混合现象，提高采收率。

综上所述，PS-1和PS-2的合成与测试结果表明，新型两性离子表面活性剂修饰聚合物体系在提高原油采收率方面具有显著优势。这些材料不仅在降低界面张力和改善润湿性方面表现出色，还在高温、高盐度等不利条件下保持了较高的稳定性。此外，它们的合成过程也更加高效，这使得其在实际应用中更具可行性。PS-2在多个性能指标上均优于PS-1，这表明其在EOR技术中的应用潜力更大。然而，尽管这些材料表现出良好的性能，其在更广泛储层条件下的适用性仍需进一步研究和验证。未来的研究可以进一步优化这些材料的结构和性能，以提高其在不同储层条件下的适应能力，并探索其在更复杂环境下的应用潜力。