烷基苯磺酸鹽結(jié)構(gòu)與界面活性范圍關(guān)系試驗研究

白林海，孫立怡，史秀艷

(中石油大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠，黑龍江 大慶 163001)

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烷基苯磺酸鹽結(jié)構(gòu)與界面活性范圍關(guān)系試驗研究

白林海，孫立怡，史秀艷

(中石油大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠，黑龍江 大慶 163001)

[摘要]石油磺酸鹽作為表面活性劑在弱堿三元復(fù)合體系中使用較多，但石油磺酸鹽中未磺化油含量較高，存在一定的弊端，因此在弱堿三元復(fù)合體系中由烷基苯磺酸鹽替代石油磺酸鹽會成為一種必然趨勢。在室內(nèi)對8種不同疏水基烷基苯磺酸鹽表面活性劑與區(qū)塊原油進(jìn)行界面性能評價，通過變化酸值和碳鏈的長度2項指標(biāo)觀察其對界面張力的影響。研究發(fā)現(xiàn)碳鏈的長度與原油間存在一定的匹配關(guān)系，酸值對界面張力影響不大。在確定與原油匹配的表面活性劑基礎(chǔ)上，研究了取代基個數(shù)與界面張力的關(guān)系，通過復(fù)配后體系與原油間界面張力的變化分析了相對分子量對界面張力的影響規(guī)律。

[關(guān)鍵詞]烷基苯磺酸鹽；界面活性；弱堿三元體系；界面張力

石油磺酸鹽具有降低油水界面張力、來源廣和價格低等優(yōu)勢，因而在三次采油中占有極其重要的地位[1]。但同時由于它的未磺化油含量較高[2]，造成低滲透油層的注入困難。烷基苯磺酸鹽是一種碳鏈長度固定、結(jié)構(gòu)相對單一的表面活性劑，其未磺化油含量相對較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于石油磺酸鹽。筆者通過配制弱堿三元復(fù)合體系評價其界面活性，試驗研究了烷基苯磺酸鹽結(jié)構(gòu)與界面活性的關(guān)系，旨在為弱堿三元復(fù)合驅(qū)優(yōu)選表面活性劑提供重要依據(jù)。

1試驗部分

試驗用弱堿三元復(fù)合體系采用礦化度為5410mg/L、懸浮物含量為10.7mg/L、含油量為10.7mg/L的污水配置；聚合物采用分子量為14.6×104、黏度為45.1mPa·s的中分子量聚合物，試驗配置濃度為1500mg/L；堿采用弱堿碳酸鈉。表面活性劑采用組分可控的烷基苯磺酸鹽(見表1)，原油采用現(xiàn)場水驅(qū)后脫水原油作為試驗樣品。

表1　烷基苯磺酸鹽的基本參數(shù)

試驗中將形成界面的兩液相加入到樣品中，然后將樣品放入到TX-500C型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀中，設(shè)定溫度為45℃、旋轉(zhuǎn)速度為5000r/min，每間隔20min錄取一次數(shù)據(jù)，待2h后，記錄平衡時的界面張力數(shù)值。

2試驗結(jié)果與分析

2.1不同酸值對界面活性的影響

在室內(nèi)對具有相同分子量、不同酸值的烷基苯磺酸鹽進(jìn)行弱堿三元復(fù)合體系界面活性檢測。C16烷基二甲苯磺酸鹽2種不同酸值的表面活性劑試驗得到的界面活性如圖1和圖2所示，可以看出體系均可以在較寬的表面活性劑和堿濃度的范圍內(nèi)形成10-3mN/m數(shù)量級的超低界面張力，即酸值對界面活性影響不大。從C18烷基二甲苯磺酸鹽2種不同酸值的表面活性劑試驗得到的界面活性如圖3和圖4所示，隨著表面活性劑和堿濃度的變化，體系中沒有形成10-3mN/m數(shù)量級的超低界面張力，此類表面活性劑不適用于三元復(fù)合驅(qū)。

圖1　C16-8(1號)界面活性圖　　　　　圖2　 C16-8(2號)界面活性圖

圖3　C18-8(1號)界面活性圖 　　　　　圖4　C18-8(2號)界面活性圖

2.2不同分子結(jié)構(gòu)對界面張力的影響

1)碳鏈長度對界面活性的影響對用濃度為1500mg/L的聚合物和不同碳鏈長度的烷基苯磺酸鹽配置的弱堿三元復(fù)合體系進(jìn)行界面活性檢測(見圖5～圖8)。圖5和圖1對比表明，帶有支鏈的C16烷基苯磺酸鹽形成超低界面張力時堿濃度和表面活性劑濃度范圍較寬；圖6和圖4對比表明，帶有支鏈的C18烷基苯磺酸鹽在相同濃度范圍內(nèi)沒有形成超低界面張力。因此，帶有支鏈的C16烷基苯磺酸鹽界面活性好于帶有支鏈的C18烷基苯磺酸鹽。

另一組對比結(jié)果如圖7、圖8所示，直鏈的C18烷基苯磺酸鹽形成超低界面張力時的堿濃度范圍大于直鏈的C16烷基苯磺酸鹽的范圍。

圖5　C16-7界面活性圖　　　　圖6　C18-7界面活性圖

圖7　C16-6界面活性圖　　　　　圖8　C18-6界面活性圖

根據(jù)匹配關(guān)系原理，表面活性劑的平均當(dāng)量和當(dāng)量分布與原油的平均分子量和分子量分布相匹配時，表面活性劑體系就能與原油間形成超低界面張力[3]。根據(jù)現(xiàn)場原油全烴色譜分析得出原油的平均分子量為423.45，分子量分布在C13～C23?？梢姳砻婊钚詣〤16、C18均和原油的分子量分布相匹配，經(jīng)過計算可知烷基苯磺酸鹽的當(dāng)量，C16-7、C16-8和C18-6的當(dāng)量分別為418、432和432，與原油的平均分子量較為接近。因此，C16-7、C16-8和C18-6的界面活性要好于其他表面活性劑。

2)取代基對界面活性的影響從上述試驗對C16-6、C16-7和C16-8進(jìn)行界面活性檢測所得到的圖7、圖5、圖1和圖2對比可以得出，隨著取代基的增多，形成10-3mN/m數(shù)量級的超低界面張力所需要的堿濃度逐漸減小，界面活性范圍逐漸向低堿方向偏移和拓展。這主要受分子的橫截面積的影響，在表面活性劑親水基相同時，通常疏水基的支鏈結(jié)構(gòu)使分子截面積變大，即苯環(huán)上取代的烷基總碳數(shù)增加，使烷基苯磺酸鹽分子在油水界面上占據(jù)更大面積, 飽和吸附量變小，因而所需的堿量減小，界面活性變好。

2.3表面活性劑平均相對分子量對界面活性范圍的影響

將界面活性范圍較寬的C18-6、C16-8(2號)分別和C16-7復(fù)配來研究復(fù)配后弱堿三元復(fù)合體系界面活性范圍的變化。

1)表面活性劑平均相對分子量對界面活性范圍的影響對C16-7、C18-6和、C16-8(2號)按不同比例復(fù)配后，檢測三元復(fù)合體系界面活性范圍。C16-7和C18-6這2種表面活性劑復(fù)配比例為1∶1時，達(dá)到低界面張力的Na2CO3的最大濃度范圍是0.4%～1.2%；2種表面活性劑復(fù)配比例為2∶1時，達(dá)到低界面張力的Na2CO3的最大濃度范圍是0.6%～1.2%；與C16-7單劑活性范圍比較而言，有向低堿方向偏移和拓展的趨勢。C16-7與C16-8復(fù)配后的趨勢與上例相同。對以上現(xiàn)象進(jìn)行分析，原因如下：C16-7的分子量為418，C18-6的分子量為432，表面活性劑復(fù)配后平均相對分子量分別變?yōu)?25和422.7，隨著平均相對分子量增大，其分子面積增大，在油水界面上的飽和吸附量變小，因此所需的堿量也變小[4]。

2)同分子量不同當(dāng)量分布的表面活性劑界面活性范圍從圖8和圖2對比可以得出，表面活性劑平均相對分子量為432時，C18-6測得表面活性劑與堿濃度范圍很寬的超低界面活性范圍，而C16-8(2號)超低界面活性范圍的堿濃度相對于C18-6變窄。同理，在試驗用表面活性劑的復(fù)配體系中，試驗圖9表明平均相對分子量為425時，C16-7與C18-6的復(fù)配體系形成超低界面活性范圍寬于C16-7與C16-8(2號)的復(fù)配體系。說明平均相對分子量相同當(dāng)量分布不同的表面活性劑界面活性范圍也不相同。

圖9　同分子量不同當(dāng)量分布的復(fù)配體系界面活性圖

3結(jié)論

1)針對于水驅(qū)后脫水原油的試驗，C16-8表面活性劑酸值對界面活性范圍影響不大。

2)C18-6、C16-7、C16-8表面活性劑界面活性范圍較寬。

3)隨著取代基的增多，界面活性范圍逐漸向低堿方向偏移和拓展。

4)表面活性劑平均相對分子量越高, 界面張力范圍向低堿方向偏移和拓展; 反之平均相對分子量越低,界面張力范圍向高堿方向偏移和拓展。

5)同分子量不同當(dāng)量分布的表面活性劑界面活性范圍不同。

[參考文獻(xiàn)]

[1]齊慧麗,蓋軻,馬東平,等.驅(qū)油用石油磺酸鹽的合成研究[J].廣州化工,2015,43(19):51～52.

[2]黃宏度,秦少華,吳一慧,等.將石油磺酸鹽產(chǎn)品中未磺化油轉(zhuǎn)變?yōu)槭汪人猁}的研究[J].油田化學(xué),2015,32(2):247～250.

[3]李洋,蔣生祥,劉霞.烷基苯磺酸鹽表面活性劑結(jié)構(gòu)分析及性能評價[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2005,24(2):80～82.

[4]田燕春,楊林,楊振宇,等.表面活性劑同系物體系對原油界面張力的影響[J].日用化學(xué)品科學(xué),2000,24(7):116～119.

[編輯]趙宏敏

[收稿日期]2016-01-10

[作者簡介]白林海(1979-)，男，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事油田動態(tài)分析與管理及提高采收率技術(shù)方面的研究工作；E-mail:blh_blh@126.com。

[中圖分類號]TE357.463；TQ423

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)16-0021-04

[引著格式]白林海，孫立怡，史秀艷.烷基苯磺酸鹽結(jié)構(gòu)與界面活性范圍關(guān)系試驗研究[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版)，2016,13(16)：21～24.