非離子表面活性劑對陰/陽離子復(fù)配表面活性劑性能的影響

衛(wèi) 龍，楊 劍，董小麗，劉玉梅，楊 娜，費貴強(qiáng)

（1. 陜西科技大學(xué) 教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點實驗室，陜西 西安 710021；2. 中國石油長慶油田分公司第一采油廠，陜西 延安 716000；3. 中國石油 長慶油田技術(shù)檢測中心，陜西 西安 710021；4. 中國石油 長慶油田技術(shù)發(fā)展處，陜西 西安 710018；5. 中國石油 長慶油田生產(chǎn)運(yùn)行處，陜西 西安 710018）

非離子表面活性劑對陰/陽離子復(fù)配表面活性劑性能的影響

衛(wèi) 龍1，楊 劍2，董小麗3，劉玉梅4，楊 娜5，費貴強(qiáng)1

（1. 陜西科技大學(xué) 教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點實驗室，陜西 西安 710021；2. 中國石油長慶油田分公司第一采油廠，陜西 延安 716000；3. 中國石油 長慶油田技術(shù)檢測中心，陜西 西安 710021；4. 中國石油 長慶油田技術(shù)發(fā)展處，陜西 西安 710018；5. 中國石油 長慶油田生產(chǎn)運(yùn)行處，陜西 西安 710018）

以十六烷基三甲基氯化銨、烷基磺酸鈉、非離子表面活性劑等為原料，制備了陰/陽離子復(fù)配表面活性劑（記為CAN），以TX-10 和MOA-15為非離子表面活性劑時分別記為TCAN和MCAN。采用界面張力測試、乳化性能測試和室內(nèi)巖心驅(qū)替等方法，研究了非離子表面活性劑對CAN性能的影響。實驗結(jié)果表明，TX-10和MOA-15均可提高CAN的溶解性。MCAN在地層水中的溶解性更佳，濁度較低。隨非離子表面活性劑含量的增大，CAN的油水界面張力呈先減小后增大的趨勢。隨CAN含量的增大，油水界面張力呈急劇減小后趨于平緩的趨勢。TCAN降低油水界面張力的性能較MCAN好。CAN的耐鹽性為70 g/L，耐Ca2+達(dá)5 g/L，抗油砂吸附性能基本滿足要求。TCAN的乳化性能和驅(qū)油效率均好于MCAN，且隨巖心滲透率的增大，TCAN驅(qū)油效率的增幅比MCAN大。

復(fù)配表面活性劑驅(qū)；非離子表面活性劑；耐鹽性；油水界面張力；驅(qū)油效率

表面活性劑驅(qū)是三次采油研究的熱點之一，尤以復(fù)配型的性能最優(yōu)越［1-5］。表面活性劑復(fù)配體系是通過表面活性劑間的相互作用，利用一定條件下的協(xié)同效應(yīng)制備的驅(qū)油體系［6-7］。陰/陽離子對之間強(qiáng)烈的靜電作用使陰/陽離子復(fù)配表面活性劑的表面活性大幅增大［8-9］，從而易形成超低的油水界面張力［8-11］。但由于陰/陽離子正負(fù)電荷的中和，易形成沉淀和懸浮，需引入一定量的非離子表面活性劑進(jìn)行改善，而非離子表面活性劑對陰/陽離子復(fù)配表面活性劑性能的影響鮮有報道。

本工作以十六烷基三甲基氯化銨（1631） 、烷基磺酸鈉（SAS60）、非離子表面活性劑等為原料，配制了陰/陽離子復(fù)配表面活性劑（記為CAN），利用界面張力測試、乳化性能測試和室內(nèi)巖心驅(qū)替等方法研究了非離子表面活性劑對CAN性能的影響。

1 實驗部分

1.1 主要試劑

1631：化學(xué)純，奔馬先端科技有限公司；SAS60、非離子表面活性劑（TX-10和MOA-15）：市售；電脫水原油、油砂（80～100目）：中國石油某油田。模擬油：安塞王瑤某區(qū)塊脫水原油與煤油按質(zhì)量比6∶4配制，室溫黏度約35 mPa·s。模擬地層水：總礦化度63 g/L，鈣離子含量4.5 g/L。

1.2 CAN的制備

將0.15 g 1631和1.5 g乙醇加入到100 mL燒杯中，攪拌至1631完全溶解，之后分別向其中加入3.2 g SAS60、1 g三乙醇胺、適量非離子表面活性劑和少量去離子水，得到CAN。其中，以TX-10 和MOA-15為非離子表面活性劑時分別記為TCAN 和MCAN。

1.3 性能測試

1.3.1 溶解性的測試

將0.5 g CAN溶于99.5 g模擬地層水中得到CAN模擬地層水溶液，攪拌均勻后觀察CAN在模擬地層水中的溶解性，并用濁度計測定溶液濁度。

1.3.2 油水界面張力和耐鹽性能的測試

用模擬地層水將CAN配成模擬地層水溶液，并在60 ℃下用TX-500C型旋滴法界面張力儀（北京盛維基業(yè)科技有限公司）測定CAN模擬地層水溶液與模擬油間的油水界面張力，確定非離子表面活性劑的最佳用量。

配制礦化度為10～80 g/L的礦化水，將CAN用不同礦化度的礦化水配制成w（CAN）=0.5%的CAN礦化水溶液，并測定該礦化水溶液與模擬油的油水界面張力，以測試CAN的耐鹽性能。

1.3.3 抗油砂吸附穩(wěn)定性的測試

取80～100目油砂置于索氏提取器中，用石油醚 （沸程 60～90 ℃ ） 萃取48 h，再用蒸餾水沖洗至電導(dǎo)率不變，105 ℃下烘干48 h。

將上述烘干后的油砂與CAN模擬地層水溶液（w（CAN）=0.3%）按固液比1∶5充分混合，60 ℃下恒溫振蕩，每隔1 d取中層清液測試其與模擬油的油水界面張力。

1.3.4 乳化性能的測試

將電脫水原油與C A N模擬地層水溶液（w（CAN）=0.5%）按體積比1∶1置于10 mL具塞量筒中，加熱至60 ℃后，放入膠體磨中乳化15 min后得到乳液，60 ℃下觀察乳液析水量并計算乳液的析水率。析水率用式（1）計算。

式中，r為析水率，%；V1為乳液的析水體積，mL；V2為乳液中水的總體積，mL。

1.3.5 室內(nèi)巖心驅(qū)替效果

選用模擬地層水和模擬油，取不同滲透率的人造巖心（φ 2.50 cm×5.82 cm），建立束縛水飽和度和含油飽和度，60 ℃恒溫老化2 d后將巖心放入夾持器中進(jìn)行水驅(qū)油，至巖心出口含水量達(dá)98%（w），換CAN模擬地層水溶液（w（CA）=0.3%）繼續(xù)驅(qū)油至含水量為98%（w）后終止，計算采收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 CAN的溶解性

非離子表面活性劑對CAN溶解性的影響見表1。由表1可見，當(dāng)TX-10的含量（w）從10%增至25%時，TCAN地層水溶液的濁度由256.5 NTU增至336.8 NTU。當(dāng)MOA-15的含量（w）從10%增至25%時，MCAN地層水溶液的濁度由201.2 NTU降至77.8 NTU，即由渾濁變透明，說明MCAN在模擬地層水中具有更好的透明性。這是因為，TX-10的親水親油平衡（HLB）值為12～13，而MOA-15的HLB值為15～16，MOA-15比TX-10的親水性好，所以MCAN在地層水中的溶解性更佳，透明性較好，濁度較低。但在實驗范圍內(nèi)，隨TX-10或MOA-15含量的增大均可減少或消除CAN溶液的沉淀，說明TX-10和MOA-15均可提高陽/陰離子復(fù)配表面活性劑的溶解性。

表1 非離子表面活性劑對CAN溶解性的影響Table 1 Effects of non-ionic surfactants on the solubility of cationic/anionic/non-ionic surfactants（CAN）

強(qiáng)烈的靜電作用導(dǎo)致陽/陰離子復(fù)配表面活性劑易形成沉淀或絮狀懸浮，溶液穩(wěn)定性大幅降低［11-13］。如采用非等物質(zhì)的量配比的陽/陰離子復(fù)配表面活性劑，并向其中引入一定量的非離子表面活性劑，可提高復(fù)配表面活性劑體系在高鈣高鹽礦化水中的溶解性能，避免絮凝或沉淀的出現(xiàn)。

2.2 油水界面張力和耐鹽性

非離子表面活性劑對CAN油水界面張力的影響見圖1。

圖1 非離子表面活性劑對CAN油水界面張力的影響Fig.1 Effects of the non-ionic surfactants on the oil-water interfacial tension of CAN.Conditions：60 ℃，w（CAN）=0.3%（based on the mass of simulation formation water），simulation formation water，simulated oil（m（crude oil）∶m（kerosene）= 6∶4 ，the same below）.TX-10；MOA-15

由圖1可見，隨非離子表面活性劑含量的增大，CAN的油水界面張力均呈先減小后增大的趨勢。當(dāng)TX-10的含量為21%（w）時，TCAN的油水界面張力最低（0.005 0 mN/m）；當(dāng)MOA-15的含量為15%（w）時，MCAN的界面張力最低（0.005 2 mN/m）。這說明不同的非離子表面活性劑含量均有一個最佳值，低于最佳值時，隨非離子表面活性劑含量的增大，表面活性劑分子在油水界面排列的緊密程度增大，油水界面張力下降；高于最佳值時，隨非離子表面活性劑含量的增大，對油水界面張力影響更大的陰/陽離子表面活性劑的含量相應(yīng)減小，油水界面張力增大。

CAN含量對CAN油水界面張力的影響見圖2。由圖2可見，隨CAN含量的增大，CAN的油水界面張力呈急劇減小后趨于平緩的趨勢。與MCAN相比，TCAN降低油水界面張力的性能較好。

圖2 CAN含量對CAN油水界面張力的影響Fig.2 Effects of CAN content on the oil-water interfacial tension of CAN. Conditions：60 ℃，simulation formation water，simulated oil.TCAN（w（TX-10）=21%）；MCAN（w（MOA-15）=15%）

礦化度和Ca2+含量對CAN油水界面張力的影響分別見圖3～4。由圖3可見，當(dāng)?shù)V化度不大于70 g/ L時，TCAN和MCAN礦化水溶液的油水界面張力均在低界面張力范圍。由圖4可看出，當(dāng)Ca2+含量不大于5 g/L時，TCAN和MCAN礦化水溶液的油水界面張力均在低界面張力范圍。說明CAN的耐鹽性為70 g/L，耐Ca2+為5 g/L。但當(dāng)?shù)V化度繼續(xù)增大時，強(qiáng)烈的鹽析作用或Ca2+離子的沉淀作用導(dǎo)致表面活性劑溶解困難，難以有效降低油水界面張力。

圖3 礦化度對CAN油水界面張力的影響Fig.3 Effects of salinity on the oil-water interfacial tension of CAN.Conditions：60 ℃，simulated oil，w（CAN）=0.5%，salinity water.TCAN（w（TX-10）=21%）；MCAN（w（MOA-15）=15%）

圖4 Ca2+含量對CAN油水界面張力的影響Fig.4 Effects of Ca2+content on the oil-water interfacial tension of CAN. Conditions referred to Fig.3.TCAN（w（TX-10）=21%）；MCAN（w（MOA-15）=15%）

2.3 抗油砂吸附性能

CAN的抗油砂吸附性能見圖5。

圖5 CAN的抗油砂吸附性能Fig.5 Resistances of CAN to oil sand adsorption.Conditions：60 ℃，simulation formation water，simulated oil，m（oil sand）∶m（simulation formation wate）=1∶5，w（CAN）=0.3%.TCAN（w（TCAN）=0.3%）；MCAN（w（MCAN）=0.3%）

由圖5可見，隨吸附時間的延長，CAN的油水界面張力增大，5 d后吸附基本達(dá)平衡，其中，TCAN的油水界面張力由油砂吸附前的0.005 0 mN/m增至0.006 8 mN/m，MCAN的油水界面張力由油砂吸附前的0.005 2 mN/m增至0.007 3 mN/ m。油水界面張力雖增大，但仍均保持在10-3mN/ m數(shù)量級，說明CAN的抗油砂吸附性能基本滿足要求。

表面活性劑驅(qū)油體系在油砂表面的吸附滯留決定了其驅(qū)油效率［14-15］。CAN中過量的陰離子表面活性劑使CAN整體帶負(fù)電荷，陽離子表面活性劑又能以陰/陽離子對的形式減弱表面活性劑驅(qū)油體系在帶負(fù)電巖石表面的吸附滯留，從而避免表面活性劑在地層巖石的吸附滯留引起的性能下降過快的問題。

2.4 乳化性能

非離子表面活性劑對CAN乳化穩(wěn)定性的影響見圖6。由圖6可見，MCAN制乳1 h后析水率為10%，而TCAN直至制乳2 h后析水率僅為3%；當(dāng)制乳12 h后，MCAN的析水率高達(dá)81.0%，而TCAN的析水率約為13.2%，說明TCAN的乳化性能好于MCAN。TCAN這種良好的乳化作用可使TCAN具有更優(yōu)異的驅(qū)替效果［16-17］，因為乳化作用較好的驅(qū)替介質(zhì)可對原油進(jìn)行乳化、捕集和攜帶，減少原油在地層中的滯留。

圖6 非離子表面活性劑對CAN乳化穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effects of the non-ionic surfactants on the emulsion stability of CAN. Conditions：60 ℃，electrically dehydrated crude oil，w（CAN）=0.5%.TCAN（w（TX-10）=21%）；MCAN（w（MOA-15）=15%）

2.5 CAN室內(nèi)巖心驅(qū)替效果

CAN的室內(nèi)巖心驅(qū)替效果見表2。由表2可見，TCAN的驅(qū)油效率好于MCAN，且隨巖心滲透率的增大，TCAN驅(qū)油效率的增幅比MCAN大，說明良好的乳化作用使得TCAN具有更優(yōu)異的驅(qū)替效果。因為在滲透率較大的巖心中，乳化原油可在孔喉中順利流出，故乳化性能對驅(qū)油效率增幅的影響較大；而在滲透率較小的巖心中，可能由于水驅(qū)后殘余油較多或乳化原油受孔喉的卡堵，此時乳化性能對驅(qū)油效率增幅的影響減弱，故TCAN驅(qū)油效率的增幅與MCAN相差不大。

表2 CAN的室內(nèi)巖心驅(qū)替效果Table 2 Indoor displacement effi ciency of CAN

3 結(jié)論

1）TX-10和MOA-15均可提高陰/陽離子復(fù)配表面活性劑的溶解性。MOA-15比TX-10的親水性好，故MCAN在地層水中的溶解性更佳，濁度較低。

2）隨非離子表面活性劑含量的增大，CAN的油水界面張力呈先減小后增大的趨勢。隨CAN含量的增大，油水界面張力呈急劇減小后趨于平緩的趨勢。與MCAN相比，TCAN降低油水界面張力的性能較好。

3）CAN的耐鹽性為70 g/L，耐Ca2+達(dá)5 g/L。CAN的抗油砂吸附性能基本滿足要求。

4）TCAN的乳化性能穩(wěn)定性比MCAN好，制乳12 h后，TCAN的析水率約13.2%，而MCAN的析水率高達(dá)81.0%，良好的乳化作用使TCAN具有更優(yōu)異的驅(qū)替效果。隨巖心滲透率的增大，TCAN驅(qū)油效率的增幅比MCAN大。

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（編輯 鄧曉音）

Effect of Non-Ionic Surfactants on Performances of Composite Cationic/Anionic Surfactants

Wei Long1，Yang Jian2，Dong Xiaoli3，Liu Yumei4，Yang Na5，F(xiàn)ei Guiqiang1
（1.Key Laboratory of Auxiliary Chemistry &Technology for Chemical Industry，Shaanxi University of Science & Technology，Xi'an Shaanxi 710021，China；2. CNPC Changqing Oilfi eld Company Oil Production Plant No.1，Yan'an Shaanxi 716000，China；3. CNPC Changqing Oilfi eld Technology Testing Center，Xi'an Shaanxi 710021，China；4. CNPC The Development of China Petroleum Changqing Oilfi eld，Xi'an Shaanxi 710018，China；5. CNPC Changqing Oilfi eld Production Operation Department，Xi'an Shaanxi 710018，China）

Composite cationic/anionic/nonionic surfactants（CAN） were prepared from cetyltrimethylammonium chloride，sodium alkyl sulfonate and nonionic surfactants，in which the products were named as TCAN and MCAN when TX-10 and MOA-15 were used as nonionic surfactants，respectively. The effects of the nonionic surfactants on the properties of CAN were studied by interfacial tension test，emulsifying test and indoor core displacement test. The results indicated that both TX-10 and MOA-15 could improve the solubility of CAN. MOA-15 had better hydrophilicity than TX-10. MCAN displayed better solubility and lower turbidity in simulated formation water. The oil-water interfacial tension of CAN was decreased and then increased with the increase of the nonionic surfactant content. With increasing the CAN content，the oil-water interfacial tension rapidly decreased and then became smooth. TCAN indicated better properties for reducing the oil-water interfacial tension than MCAN. When the salinity of mineralized water was 10-70 g/L，the resistance of CAN to Ca2+was 5 g/L. The anti-oil sand adsorption of CAN could meet the requirements basically. The emulsifying ability of TCAN was better than that of MCAN. With the increase of core permeability，TCAN could improve the oil displacement effi ciency better than MCAN.

composite cationic/anionic surfactant fl ooding；non-ionic surfactant；salt resistance；oil-water interfacial tension；oil displacement effi ciency

1000 - 8144（2015）05 - 0602 - 05

TE 357.462

A

2014 - 11 - 14；［修改稿日期］ 2015 - 03 - 02。

衛(wèi)龍（1987—），男，山西省運(yùn)城市人，碩士生，電話 15109290773，電郵 weilongsust@163.com。聯(lián)系人：費貴強(qiáng)，電話18729358808，電郵 feiguiqiang@163.com。

國家自然科學(xué)基金項目（51373091）；教育部留學(xué)回國人員科研啟動基金項目（［2012］1707）。