新型陰離子雙子表面活性劑油水界面性質(zhì)研究

程 瑜 (西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

唐善法 (長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

新型陰離子雙子表面活性劑油水界面性質(zhì)研究

程 瑜 (西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

唐善法 (長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

在模擬地層水條件下，通過“旋轉(zhuǎn)液滴法”測定了不同分子結(jié)構(gòu)的陰離子雙子表面活性劑與輪古混合油(稠油+稀油)間的界面張力，并系統(tǒng)考察了各種因素對陰離子雙子表面活性劑AN8-4-8與混合油間界面張力的影響。結(jié)果表明，碳鏈長度相同時(shí)，連接基碳數(shù)增加，界面張力降低；連接基碳數(shù)相同時(shí)，界面張力隨碳鏈長度增加也降低，但AN8-4-8降低油水界面張力效率更高。AN8-4-8濃度升高，油水界面在濃度為1%時(shí)存在最低值；增加水相礦化度，界面張力下降，可知AN8-4-8抗高礦化度能力優(yōu)越；鈣鹽的加入對界面活性影響不大；溫度升高更利于AN8-4-8界面活性的發(fā)揮；體系的界面活性在pH=7時(shí)最好。

陰離子雙子表面活性劑；油水界面；張力；分子結(jié)構(gòu)

表面活性劑溶液的油水界面行為是評價(jià)其性能的一個(gè)重要指標(biāo)。與常規(guī)單鏈表面活性劑相比，雙子表面活性劑由于分子結(jié)構(gòu)和聚集吸附行為的特殊性而具有獨(dú)特的降低油水界面張力的能力[1]。目前，對雙子表面活性劑油水界面行為的研究主要集中于陽離子型[2-3]、陰離子型磺酸鹽[4-5]和羧酸鹽[6]。下面，筆者系統(tǒng)研究了各種因素對一類新型陰離子雙子表面活性劑(AN系列)油水界面張力的影響規(guī)律，從而為該類表面活性劑的實(shí)際應(yīng)用提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1試劑及材料

陰離子雙子表面活性劑： AN8-2-8、AN10-2-10、AN12-2-12、AN6-4-6、AN8-4-8、AN10-4-10、AN12-4-12，均由長江大學(xué)石油工程學(xué)院提供。氯化鈉、無水氯化鈣、六水合氯化鎂、碳酸鈉、硫酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、鹽酸(36%)，均為分析純。原油：輪古混合油(稠油+稀油)。

1.2儀器

TX-500C全量程旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀、電子天平(0.001g)。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1模擬地層水配制

用電子天平準(zhǔn)確稱取各種無機(jī)鹽于燒杯中溶解，并轉(zhuǎn)至1000ml容量瓶中定容。模擬地層水(CaCl2水型)總礦化度及各種離子含量如表1所示。

表1 輪古地層水總礦化度及各類離子含量

1.3.2表面活性劑溶液配制

用電子天平準(zhǔn)確稱取所需不同類型表面活性劑樣品于100ml容量瓶中定容，以模擬地層水配成濃度為2%的表面活性劑母液，備用。

1.3.3油水界面張力測定

界面張力儀轉(zhuǎn)速5100r/min；無特殊說明，溫度為45℃。

2 結(jié)果及討論

2.1分子結(jié)構(gòu)對陰離子雙子表面活性劑溶液與原油間界面張力的影響

2.1.1連接基長度的影響

表2 連接基長度(s=2、4)對油水界面張力的影響

在相同濃度(1%)下，選取碳鏈長度一定(m=8或12)，連接基長度不同(s=2、4)4種雙子表面活性劑，研究連接基長度變化對穩(wěn)態(tài)界面張力的影響，結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，無論雙子表面活性劑的疏水鏈碳數(shù)是8還是12，界面張力總是在連接基長度為4時(shí)較低。說明連接基長度的增加有利于其界面活性的增強(qiáng)。

2.1.2碳鏈長度的影響

固定連接基長度為4，選取不同鏈長度(m=6、8、10、12)4種雙子表面活性劑，測試濃度為1%雙子表面活性劑溶液與原油間的穩(wěn)態(tài)界面張力，結(jié)果如圖1所示。從圖1可知，在相同連接基長度下，碳鏈長度增加，界面張力下降；如AN12-4-12界面活性最高。但碳鏈過長必導(dǎo)致其水溶性下降，應(yīng)用成本升高。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，碳鏈長度增長對其降低油水界面張力效率影響明顯不同。從表3可看出，AN8-4-8降低界面張力效果最明顯，約是AN12-4-12的13倍?？梢夾N8-4-8降低油水界面張力更高效、更經(jīng)濟(jì)、更有實(shí)用價(jià)值。

表3 不同碳鏈長度雙子表面活性劑降低界面張力的效率

2.2AN8-4-8界面活性及影響因素研究

2.2.1AN8-4-8溶液與混合油間界面活性研究

圖2給出了AN8-4-8溶液在不同濃度時(shí)界面張力的變化結(jié)果。由圖2可看出，體系的界面張力值隨AN8-4-8濃度的升高先降后升，在濃度為1%時(shí)最低。說明雙子表面活性劑在降低油水界面張力時(shí)存在一個(gè)最佳的濃度值，并不是濃度越高，界面活性越好。這主要是體系中表面活性劑濃度較高時(shí)，其在油水界面上開始發(fā)生雙層或多層吸附，使得界面張力回升[3]。

圖1 疏水鏈碳數(shù)變化對油水界面張力的影響 圖2 AN8-4-8濃度變化對界面張力的影響

2.2.2AN8-4-8溶液與原油間界面活性的影響因素研究

1)水相礦化度對油水界面張力的影響 用不同濃度的礦化水配制濃度為1%的AN8-4-8溶液，分別測定其與原油間的界面張力，結(jié)果如圖3所示。從圖3可看出，水相礦化度對AN8-4-8界面張力影響很大?？傮w表現(xiàn)為含鹽量增大，油水界面張力下降，表明AN8-4-8在特高礦化度水中仍具有較好的油水界面活性，可滿足高礦化度油藏應(yīng)用要求。

圖3 水相礦化度變化對油水界面張力的影響

2)CaCl2加量對油水界面張力的影響 配制含不同濃度CaCl2的AN8-4-8溶液(1%)，分別測定其與原油間的界面張力，結(jié)果如圖4所示。從圖4可知，在實(shí)驗(yàn)測定的CaCl2濃度范圍內(nèi)，油水界面張力出現(xiàn)先升后降、最后趨于平穩(wěn)的現(xiàn)象。當(dāng)CaCl2濃度為5000mg/L時(shí)，界面張力最高(1.0909mN/m)。說明CaCl2的加入在一定程度上降低了AN8-4-8的界面活性，但與不加時(shí)界面張力(0.8475mN/m)相比較，其降低幅度并不明顯。隨后，繼續(xù)增加CaCl2濃度，界面張力開始下降，最后與不加時(shí)持平?？梢?，CaCl2的加入對AN8-4-8界面活性的發(fā)揮影響甚微。

3)pH值對油水界面張力的影響 試驗(yàn)測試了濃度為1%AN8-4-8溶液在不同pH值下與原油間的界面張力。結(jié)果表明，pH=7時(shí)，界面張力最低(0.0748mN/m)；在酸性水或堿性水水體中，界面張力均大于0.12mN/m。

4)溫度對油水界面張力的影響 測試濃度為1%AN8-4-8溶液在不同溫度時(shí)與原油間的界面張力，結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，在所測試的溫度范圍內(nèi)，界面張力隨溫度升高而逐漸下降。說明溫度升高有利于雙子表面活性劑界面活性的發(fā)揮。

圖4 CaCl2濃度變化對油水界面張力的影響 圖5 不同溫度下的油水界面張力變化規(guī)律

3 結(jié) 論

1)陰離子雙子表面活性劑碳鏈及連接基長度的增加，其界面活性逐漸增強(qiáng)，但AN8-4-8降低界面張力的效率最高。

2)AN8-4-8濃度變化對油水界面張力存在影響，濃度為1%時(shí)界面張力最低。

3)水相礦化度升高，AN8-4-8與混合油間的界面張力降低，可滿足高礦化度 (260000mg/L)油藏應(yīng)用需要。

4)鈣鹽濃度對AN8-4-8界面活性影響不大；溫度升高有利于AN8-4-8界面活性的發(fā)揮；pH=7時(shí)界面活性最好。

[1]趙劍曦. Gemini表面活性劑的研究與發(fā)展方向[J].化學(xué)進(jìn)展,1991,11(4):348-357.

[2] 楊光,葉仲斌,韓明,等.陽離子雙子表面活性劑降低油水動(dòng)態(tài)界面張力的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國海上油氣,2007,19(4)：244-246.

[3] Lijuan Han, Zhongbin Ye,Hong Chen,et al. The Interfacial Tension Between Cationic Gemini Surfactant Solution and Crude Oil[J].J Surfact Deterg,2009,12:185-190.

[4] 譚中良,韓冬.陰離子孿連表面活性劑的合成及其表/界面活性研究[J].化學(xué)通報(bào),2006(7):493-497.

[5] 趙田紅,胡星琪,王忠信,等.磺酸鹽系列孿連表面活性劑的合成與驅(qū)油性能[J].油田化學(xué),2008,25(3):268-271.

[6] 于麗,孫煥泉,肖建洪,等.羧酸鹽類Gemini表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)配方的研究[J]. 油氣地質(zhì)與采收率, 2008,15(6):59-62.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.09.018

TE357.46

A

1673-1409(2012)09-N052-03

2012-06-12

中國石油天然氣集團(tuán)公司中青年創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2010D-5006-0211)。

程瑜(1986-)，女，2010年大學(xué)畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)工程方面的研究工作。

唐善法(1965-)，男，1985年大學(xué)畢業(yè)，博士，教授，現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)工程方面的教學(xué)與研究工作；E-mail：tangsf2005@126.com。

[編輯] 洪云飛