新型陰離子雙子表面活性劑油水界面性質研究

程 瑜 (西安石油大學石油工程學院，陜西 西安 710065)

唐善法 (長江大學石油工程學院，湖北 荊州 434023)

新型陰離子雙子表面活性劑油水界面性質研究

程 瑜 (西安石油大學石油工程學院，陜西 西安 710065)

唐善法 (長江大學石油工程學院，湖北 荊州 434023)

在模擬地層水條件下，通過“旋轉液滴法”測定了不同分子結構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。結果表明，碳鏈長度相同時，連接基碳數增加，界面張力降低；連接基碳數相同時，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界面活性的發揮；體系的界面活性在pH=7時最好。

陰離子雙子表面活性劑；油水界面；張力；分子結構

表面活性劑溶液的油水界面行為是評價其性能的一個重要指標。與常規單鏈表面活性劑相比，雙子表面活性劑由于分子結構和聚集吸附行為的特殊性而具有獨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律，從而為該類表面活性劑的實際應用提供依據。

1 試驗部分

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，均由長江大學石油工程學院提供。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全量程旋轉滴界面張力儀、電子天平(0.001g)。

1.3試驗方法

1.3.1模擬地層水配制

用電子天平準確稱取各種無機鹽于燒杯中溶解，并轉至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

界面張力儀轉速5100r/min；無特殊說明，溫度為45℃。

2 結果及討論

2.1分子結構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態界面張力的影響，結果如表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是8還是12，界面張力總是在連接基長度為4時較低。說明連接基長度的增加有利于其界面活性的增強。

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態界面張力，結果如圖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。但碳鏈過長必導致其水溶性下降，應用成本升高。進一步研究發現，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。可見AN8-4-8降低油水界面張力更高效、更經濟、更有實用價值。

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溶液在不同濃度時界面張力的變化結果。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%時最低。說明雙子表面活性劑在降低油水界面張力時存在一個最佳的濃度值，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，其在油水界面上開始發生雙層或多層吸附，使得界面張力回升[3]。

圖1 疏水鏈碳數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。總體表現為含鹽量增大，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，結果如圖4所示。從圖4可知，在實驗測定的CaCl2濃度范圍內，油水界面張力出現先升后降、最后趨于平穩的現象。當CaCl2濃度為5000mg/L時，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，但與不加時界面張力(0.8475mN/m)相比較，其降低幅度并不明顯。隨后，繼續增加CaCl2濃度，界面張力開始下降，最后與不加時持平。可見，CaCl2的加入對AN8-4-8界面活性的發揮影響甚微。

3)pH值對油水界面張力的影響 試驗測試了濃度為1%AN8-4-8溶液在不同pH值下與原油間的界面張力。結果表明，pH=7時，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溶液在不同溫度時與原油間的界面張力，結果如圖5所示。從圖5可以看出，在所測試的溫度范圍內，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律

3 結 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，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界面活性的發揮；pH=7時界面活性最好。

[1]趙劍曦. Gemini表面活性劑的研究與發展方向[J].化學進展,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態界面張力的實驗研究[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].化學通報,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油性能[J].油田化學,2008,25(3):268-271.

[6] 于麗,孫煥泉,肖建洪,等.羧酸鹽類Gemini表面活性劑二元復合驅配方的研究[J]. 油氣地質與采收率, 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公司中青年創新基金項目(2010D-5006-0211)。

程瑜(1986-)，女，2010年大學畢業，碩士生，現主要從事油氣田開發工程方面的研究工作。

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

[編輯] 洪云飛