磺酸鹽Gemini表面活性劑物化性能的研究

李 杰，尹 璐，田 嵐，劉 宇，彭玉龍

（1.東北石油大學化學化工學院，黑龍江 大慶163318；2.大慶油田有限責任公司天然氣分公司，黑龍江 大慶163411）

目前，我國幾大主要油田已先后進入高含水期，為提高原油采收率，使用表面活性劑的化學驅油技術的應用日益廣泛。近年來，由兩個雙親分子的離子頭基經連接基團通過化學鍵連接而成的Gemini表面活性劑，因其獨特的分子結構而具有比傳統表面活性劑更高的表面活性、獨特的流變性及優良的乳化性能，是三次采油領域中研究非常活躍的新一代表面活性劑[1－9］。作者研究了自制的磺酸鹽Gemini表面活性劑TADS－10的潤濕性能、起泡性能及乳化性能，擬為磺酸鹽Gemini表面活性劑在三次采油中的應用提供參考。

1 實驗

1.1 試劑與儀器

石油磺酸鹽，大慶采油廠；磺酸鹽Gemini表面活性劑TADS－10，自制；十二烷基苯磺酸鈉、液體石蠟，分析純，天津大茂化學試劑廠。

JC2000C型靜滴接觸角／界面張力測量儀，廈門邁凱倫精瑞科儀有限公司。

1.2 方法

1.2.1 潤濕性能的測定

采用靜滴接觸角／界面張力測量儀以量高法對TADS－10水溶液接觸角進行測定。配制不同濃度的TADS－10溶液，測量儀溫度設定為25℃，用0.5mL微型進樣器吸取TADS－10溶液滴于砂巖薄片上，測量液體的接觸角。測量3次取平均值。

1.2.2 起泡性能的測定

采用攪動法[10］測定 TADS－10的起泡性能。在25℃下，取10mL不同濃度的TADS－10溶液于具塞量筒中，劇烈振動30次（2次·min－1），記錄TADS－10溶液在具塞量筒中的泡沫體積。分別考察濃度及溫度對TADS－10起泡性能的影響。

1.2.3 乳化性能的測定

采用分水時間法[11］測定TADS－10的乳化性能。配制濃度分別為0.05g·L－1、0.1g·L－1、0.2g·L－1、0.5g·L－1的TADS－10、十二烷基苯磺酸鈉、石油磺酸鹽溶液。分別吸取20mL表面活性劑溶液、20mL液體石蠟置于錐形瓶中，在25℃水浴恒溫0.5h后，振蕩5次，靜置60s，重復5次，將乳濁液倒入量筒中，記錄乳濁液分出5mL水相所用的時間。

2 結果與討論

2.1 潤濕性能

測定不同濃度的TADS－10溶液的接觸角，結果見表1 。

由表1 可知，加入表面活性劑TADS－10后，親油表面的接觸角減小、親水表面的接觸角增大，說明TADS－10具有較好的改善巖層表面的潤濕性能的作用；且TADS－10溶液親水表面的接觸角隨著溶液濃度的增大而增大、而親油表面的接觸角隨著溶液濃度的增大而減小，說明隨著溶液濃度的增大，親水表面逐漸變為弱親水表面，親油表面逐漸變為親水表面。這是因為：TADS－10的親水基吸附在親水表面，疏水鏈向外，使親水表面變為弱親水表面；在親油表面上，TADS－10分子疏水鏈因疏水效應發生吸附，致使其親水基伸向水相中形成單層吸附，導致親油表面變為親水表面[12］。

表1 TADS－10溶液的接觸角Tab.1 Contact angles of TADS－10solution

2.2 起泡性能

圖1 溫度對TADS－10起泡性能的影響Fig.1 Foaming performance of TADS－10at different temperatures

2.2.1 溫度對TADS－10起泡性能的影響（圖1）由圖1可知，隨著溫度的升高，起泡體積逐漸增大，說明TADS－10的起泡性能增強。由于泡沫是需要外界對其做功的熱力學不穩定體系，溫度升高時，表面活性劑分子運動速度加快，溶液發生膨脹，泡沫分子間距離增大[13］，起泡體積增加。同時溫度升高使動能增大，導致在吸附表面的表面活性劑分子增多，也增強了 TADS－10的起泡性能[14］。

2.2.2 溶液濃度對TADS－10起泡性能的影響（圖2）

圖2 溶液濃度對TADS－10起泡性能的影響Fig.2 Foaming performance of TADS－10at different concentrations

由圖2可知，隨著溶液濃度的增大，起泡體積增大，說明TADS－10起泡性能增強，溶液濃度高于臨界膠束濃度時起泡性能則趨于穩定。這是因為，表面活性劑表面張力的大小和在氣液界面上的吸附量決定了起泡性能的強弱[15］。隨著溶液濃度的增大，TADS－10在氣液界面上的吸附量增大，表面張力則隨之降低，因而起泡性能相應增強；當溶液濃度到達臨界膠束濃度后，TADS－10在氣液界面上的吸附量達到飽和，表面張力不再降低，TADS－10的起泡性能趨于穩定[16－17］。

2.3 乳化性能

在25℃下，考察不同濃度的TADS－10、十二烷基苯磺酸鈉和石油磺酸鹽的乳化性能，結果如表2 所示。

表2 不同濃度下TADS－10、十二烷基苯磺酸鈉、石油磺酸鹽的乳化性能Tab.2 Emulsifying properties of TADS－10，sodium dodecyl benzene sulfonate and petroleum sulfonate under different concentrations

由表2 可知，隨著TADS－10濃度的增大，分水時間不斷延長，說明TADS－10乳化能力在相應增強。這是因為，濃度增大時表面活性劑在界面膜上的吸咐量增加，形成的乳狀液更穩定，分水時間延長。與十二烷基苯磺酸鈉和石油磺酸鹽相比，TADS－10分出5 mL水相所用時間較長，說明其具有較強的乳化性能。這是因為，表面活性劑形成的界面膜強度直接影響著其乳化性能，Gemini表面活性劑在界面膜上的吸附分子密度大，而且相互作用強，所以界面膜的強度大，因而TADS－10的乳化性能優于傳統表面活性劑[18］。

3 結論

隨著磺酸鹽Gemini表面活性劑TADS－10濃度的增大，親水表面的接觸角逐漸增大，親水表面轉變為弱親水表面；親油表面的接觸角逐漸減小，親油表面發生潤濕反轉成親水表面。在臨界膠束濃度附近，TADS－10表面活性劑的起泡性能趨于穩定；隨著溫度的升高，TADS－10表面活性劑的起泡性能增強。與傳統的表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉和石油磺酸鹽相比，TADS－10具有較強的乳化性能。

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