3结果与讨论

3.1结构表征

3.1.1红外光谱分析

利用傅里叶变换红外光谱仪表征起泡剂ULT-1及中间产物的分子结构，结果如图2、图3、图4所示。从图2、图3、图4可知：2 854 cm−1和2 922 cm−1处的峰为C—H的伸缩振动吸收峰，1 468 cm−1处的峰为C—H的弯曲振动吸收峰，1 206 cm−1和1 251 cm−1处的峰为与硫酸酯连接的C—O的伸缩振动吸收峰，1 080 cm−1处的峰为醚键C—O的伸缩振动吸收峰，均与起泡剂ULT-1及中间产物的分子结构的官能团相对应，表明成功合成了所设计的起泡剂。

图2起泡剂ULT-1的红外光谱图

图3环氧醚的红外光谱图

图4醇醚的红外光谱图

3.1.2质谱分析

利用电喷雾质谱法表征起泡剂ULT-1的分子结构，结果如图5所示。从图5可知：起泡剂ULT-1的相对分子质量为764，脱去2个Na+后的阴离子碎片相对分子质量为718，带2个负电荷，质荷比为359，与质谱图上359.148 49的峰一致，265.147 90的峰为杂质十二烷基硫酸钠脱去1个Na+后的阴离子碎片形成的，表明成功合成了所设计的起泡剂。

图5起泡剂ULT-1的质谱图

3.2表面张力

当起泡条件相同时，起泡剂水溶液的表面张力越低，发泡体积越高。配制一系列浓度梯度的起泡剂ULT-1水溶液，利用接触角/表面张力测量仪采用悬滴法测量表面张力与起泡剂ULT-1质量分数的关系，结果如图6所示。从图6可知：当起泡剂ULT-1质量分数小于0.05%时，表面张力随起泡剂ULT-1质量分数的提高快速降低；当起泡剂ULT-1质量分数大于0.05%时，表面张力降幅越来越小；当起泡剂ULT-1质量分数提高至0.2%时，表面张力降至20.40 mN/m，较蒸馏水降低了71.82%，继续提高起泡剂ULT-1的质量分数，表面张力不再降低。表明新型起泡剂ULT-1在较低浓度时即达到较低的表面张力，有利于提高发泡体积。

图6 ULT-1水溶液的表面张力与质量分数的关系

3.3起泡性能

起泡性能主要是指起泡能力和泡沫稳定性。发泡体积V0反映了起泡能力，析液半衰期t1/2反映了泡沫稳定性。在室温下，称取一定质量的起泡剂ULT-1于搅拌杯中，加入100 mL蒸馏水，置于搅拌器之上，以转速11 000 r/min搅拌1 min。搅拌完毕后，立即取下搅拌杯，同时启动秒表，开始记录消泡时间，将搅拌杯中的所有物质全部倒入1 000 mL量筒中，读取发泡体积和从泡沫中析出50 mL液体的时间，即为半衰期。通过改变起泡剂ULT-1的质量测量起泡性能与起泡剂质量分数的关系，结果如图7所示。从图7可知：随起泡剂ULT-1质量分数的提高，发泡体积增加幅度较大，半衰期缓慢增加。当ULT-1质量分数升到0.2%时，发泡体积达到501 mL，半衰期达到1 440 s，继续提高质量分数发泡体积和半衰期基本不变，表明研制的新型起泡剂ULT-1低浓度时即具有较高的起泡性能，发泡体积高，泡沫半衰期长。同时，对比评价了常用起泡剂的半衰期，结果如表1所示。从表1可知：质量分数为0.2%的起泡剂ULT-1与质量分数为0.5%的常规起泡剂相比，泡沫半衰期可提高3倍以上。

图7起泡剂ULT-1的起泡性能

表1起泡剂的半衰期对比

3.4抗盐性能

利用抗NaCl污染的能力评价质量分数为0.2%起泡剂ULT-1水溶液的抗盐性能。在室温下，称取0.2 g起泡剂ULT-1于搅拌杯中，加入100 mL蒸馏水，置于搅拌器之上，以转速11 000 r/min搅拌1 min。直接加入一定量的NaCl，以转速11 000 r/min搅拌1 min，测量发泡体积和半衰期。通过改变NaCl的质量分数测量起泡性能，结果如图8所示。从图8可知：当NaCl质量分数在2%以内时，发泡体积和半衰期缓慢增大，当NaCl质量分数继续增大时，发泡体积和半衰期缓慢降低；当NaCl质量分数达10%时，发泡体积和半衰期仍能保持较高水平，表明研制的新型起泡剂ULT-1具有较好的抗盐性能。

图8起泡剂ULT-1的抗盐性能

3.5抗温性能

将起泡剂溶液在一定温度下老化一定时间后，测试其发泡体积和泡沫半衰期的变化以评价其抗温性能。称取0.2 g起泡剂ULT-1于搅拌杯中，加入100 mL蒸馏水，置于搅拌器之上，以转速11 000 r/min搅拌1 min。装入老化罐，放入滚子加热炉，在一定温度下滚动16 h，取出冷却至室温，以转速11 000 r/min搅拌1 min，测量发泡体积和半衰期。通过改变老化温度测量起泡性能与老化温度的关系，结果如图9所示。从图9可知：0.2%的新型起泡剂溶液在一定温度范围内(20~70℃)，随着老化温度的升高起泡性能基本不变，表明研制的新型起泡剂ULT-1具有较好的抗温性能。

图9起泡剂ULT-1的抗温性能

3.6煤样润湿性

煤样润湿性变化主要反映了起泡剂在煤样表面的吸附与脱附情况，可以根据接触角θ判断润湿性情况。通常把θ=90°作为是否润湿的界限，θ>90°表明不润湿，θ<90°表明润湿，θ越小，润湿性能越好。分别取滇东黔西地区的松河15号煤样、恩洪16号煤样和天井8号煤样，利用接触角/表面张力测量仪通过五点拟合法分别测量纯水在原始煤样(A状态)、0.2%起泡剂ULT-1溶液浸泡1 h烘干的煤样(B状态)、0.2%起泡剂ULT-1溶液浸泡1 h后低速水流冲洗1 h烘干的煤样(C状态)表面的接触角，结果如图10所示。将C状态接触角与B状态接触角的差值定义为接触角增加值，C状态接触角与A状态接触角的比值定义为润湿性恢复值，间接反映了新型起泡剂ULT-1在煤样表面的脱附程度，润湿性恢复值越大，越易脱附，脱附程度越大。原始煤样接触角均大于90°，为水不润湿(A状态)，起泡剂ULT-1在煤样表面吸附后接触角均小于90°，将煤样表面变为中度润湿(B状态)，但是低速水流冲洗吸附了起泡剂ULT-1的煤样1 h后，接触角均明显增大，松河15号与天井8号煤样的接触角增加38°以上，接近90°，变为弱润湿(C状态)，恩洪16号煤样的接触角增加43°以上，超过90°，变为不润湿(C状态)。各煤样润湿性恢复值均超过69%，天井8号润湿性恢复值最高达到93.70%，表明新型起泡剂ULT-1在煤层气排液开采过程中易于脱附，有利于储层保护。

图10煤样接触角变化

4结论

1)基于起泡剂的分子结构与起泡量、泡沫稳定性的关系，研制了在较低浓度时起泡量高、泡沫稳定性好的新型分子结构的煤层气井用高效双子型起泡剂ULT-1。

2)利用红外光谱、质谱进行新型起泡剂ULT-1分子结构表征，起泡剂ULT-1分子中具有硫酸酯键、醚键、碳氢键等官能团，与分子结构设计一致。

3)质量分数为0.2%的起泡剂ULT-1水溶液的表面张力达到20.40 mN/m，较纯水降低了71.82%，发泡体积达501 mL，泡沫半衰期达1 440 s，与质量分数为0.5%的常规起泡剂相比，泡沫半衰期提高3倍以上。起泡剂ULT-1的抗盐性能与抗温性能较高，在煤岩表面易于脱附，煤样润湿性恢复值最高达93.70%，有利于储层保护。

双子型起泡剂ULT-1的分子结构式、表面张力、抗温/抗盐性能及煤样润湿性变化——摘要

双子型起泡剂ULT-1的分子结构式、表面张力、抗温/抗盐性能及煤样润湿性变化——实验

双子型起泡剂ULT-1的分子结构式、表面张力、抗温/抗盐性能及煤样润湿性变化——结果与讨论、结论