高效表面活性劑研究

崔丹丹，李 輝

（中國石油大港油田采油工藝研究院，天津 300280）

室內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)單純的石油磺酸鹽在降低界面張力及乳化方面效果稍差[1]，而非離子表面活性劑，降低界面張力能力較強(qiáng)，但與原油的配伍性稍差，洗油效率較低。將二者復(fù)配使用可確保性能指標(biāo)滿足現(xiàn)場應(yīng)用需求。因此室內(nèi)優(yōu)選石油磺酸鹽表活劑BHS-01及非離子表活劑DWS-03，按照不同比例進(jìn)行復(fù)配，得到命名為DPS的系列表面活性劑，并將該系列表面活性劑特性與單純石油磺酸鹽對比研究，分析其與原油的匹配性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

藥品：DPS（表面活性劑，有效含量為40%），240-340（表面活性劑，有效含量為 40%），340-520（表面活性劑，有效含量為40%），大港油田港西三區(qū)注入水，大港油田西新6-8-2井脫水原油。

儀器：TX500C界面張力儀；接觸角測定儀。

實(shí)驗(yàn)溫度：53℃。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 CMC測定 CMC值為表面活性劑的臨界膠束濃度，當(dāng)表面活性劑溶液開始形成膠束時(shí)，溶液的許多物理性質(zhì)（如蒸汽壓、界面張力、電導(dǎo)率以及滲透壓等）將發(fā)生突變。研究CMC值可確定表面活性劑降低界面張力能力。

測試原理：在表面活性劑濃度較低時(shí)，隨著濃度的增加，溶液的表面/界面張力急劇下降，當(dāng)達(dá)到臨界膠束濃度時(shí)，表面/界面張力的下降則會(huì)很緩慢。以表面/界面張力對濃度作圖，曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)就是CMC值。如果表面活性劑不純，溶液中含有高表面活性的物質(zhì)（如醇類、胺類、脂肪酸類等），溶液的表面/界面張力-濃度曲線上的轉(zhuǎn)折可能變得不明顯，但仍然會(huì)出現(xiàn)一個(gè)最低值。這是鑒定表面活性劑濃度的方法之一[2]。港西三區(qū)注入水配制不同濃度表活劑溶液，按照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6424-2000中第4章的測定方法測定。

實(shí)驗(yàn)采用港西三區(qū)現(xiàn)場注入水配制不同濃度表面活性劑溶液，用界面張力儀在53℃條件下測定與原油（西新6-8-2井）的界面張力。

1.2.2 HLB值測定 HLB值（Hydrophile-Lipophile Balance Number）稱親水疏水平衡值。一種性能好的表面活性劑要求有合適的HLB值，在水相和油相中的溶解度都小，主要存在于相界面上，充分發(fā)揮表面活性劑降低界面張力的作用。

HLB值的測定采用乳化法，乳化法的原理是用表面活性劑來乳化油相介質(zhì)，當(dāng)表面活性劑的HLB值與油相介質(zhì)所需的HLB值相同時(shí)，生成的乳液穩(wěn)定性最好。對于一般的水性表面活性劑，可以使用松節(jié)油（所需HLB值16）和棉籽油（所需HLB值為6）配制一系列需要不同HLB值的油相，每15份油相中加入5份待測表面活性劑，然后加入80份水，攪拌乳化，其中穩(wěn)定性最好的試樣中油相所需的HLB值就是表面活性劑的HLB值。對于油性表面活性劑，可以固定油相為棉籽油[3]。

實(shí)驗(yàn)用水為港西三區(qū)注入水，實(shí)驗(yàn)方案（見表1、表2），如實(shí)驗(yàn)方案所述，將松節(jié)油和棉籽油按照不同的比例調(diào)配成不同HLB值的油相，攪拌均勻待用，將表面活性劑按照表2中的投料比配制混合溶液，將試樣用高速攪拌儀攪拌2 min，然后靜止一段時(shí)間，觀察乳狀液的分水率，根據(jù)分水率判斷乳狀液的穩(wěn)定性，乳化效果最好的即為所測表面活性劑的HLB值。測原油形成O/W乳狀液時(shí)的HLB值，基本類似于測表面活性劑HLB值的步驟。唯一不同的在于測原油是配制不同HLB值的表面活性劑，而測表面活性劑HLB值需要配制不同HLB值的油相。

表1 3種表面活性劑HLB值測定方案

表2 原油的HLB值（O/W型乳狀液）

1.2.3 潤濕性測定 實(shí)驗(yàn)選用接觸角法測試表面活性劑對潤濕性的影響。為了模擬油藏的原始親油性，用硅油高溫處理載玻片，使載玻片變?yōu)橛H油性，然后將硅油處理過的載玻片浸泡在3種表面活性劑溶液中，在不同的時(shí)間點(diǎn)測試純水在載玻片上的接觸角，從而研究3種表面活性劑對潤濕性的影響。實(shí)驗(yàn)方案（見表3）。

表3 實(shí)驗(yàn)方案

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑CMC值研究

表面活性劑對比了3種不同類型的石油磺酸鹽，分別為 DPS、240-340、340-520，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖1）。

由圖1可知，DPS表面活性劑的CMC值為0.1%，240-340磺化段表面活性劑CMC值為0.35%，340-520表面活性劑的CMC值為0.35%，幾種表面活性劑中，只有DPS表面活性劑的界面張力能達(dá)到超低（10-3mN/m），其形成膠束濃度最低，降低界面張力能力最強(qiáng)。

2.2 表面活性劑HLB值研究

實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表4、表5）。從表中可以得知，240-340磺化段表面活性劑的HLB值為14，340-520磺化段表面活性劑的HLB值為16，DPS表面活性劑的HLB值為12，而原油形成O/W乳狀液的HLB值為10。表面活性劑的HLB值越大，越親水，反之，則親油性越強(qiáng)。一種好的表面活性劑要求有合適的HLB值，在水相和油相中的溶解度都小，主要存在于相界面上，充分發(fā)揮表面活性劑降低界面張力的作用。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，幾種表面活性劑都是親水性的，DPS的親水性略弱一些。油相和表面活性劑的HLB值相近時(shí)，乳化效果最好。原油形成O/W乳狀液的HLB值為10，故幾種表面活性劑中，DPS對原油的乳化效果最好。

圖1 不同表面活性劑降低界面張力曲線

表4 表面活性劑HLB值測試結(jié)果

表5 港西三區(qū)原油HLB值（O/W型）

表6 載玻片在DPS表面活性劑中的接觸角（單位：°）

表7 載玻片在240-340表面活性劑中接觸角（單位：°）

表8 載玻片在340-520表面活性劑中接觸角（單位：°）

2.3 表面活性劑的潤濕性

潤濕性是指固體表面上的氣體被水或水溶液等液體所取代，潤濕作用是一種界面或表面過程。在油氣田開發(fā)中，潤濕性是影響驅(qū)油效率的重要因素，利用表面活性劑將親油油藏轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水油藏，從而提高采收率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表6～表8）。從表中可以看出，隨著時(shí)間的推移，載玻片由親油變?yōu)橛H水（載玻片的接觸角都越變越小），大多數(shù)體系在第4天后的接觸角變化都比較小，在第4天基本處于一種平衡狀態(tài)。隨著表面活性劑濃度的增加，載玻片接觸角變小，但變化不是很大。在3種表面活性劑中，第7天后，DPS系列表面活性劑浸泡的載玻片的接觸角最小，說明DPS表面活性劑改變潤濕性的效果最好。表面活性劑改變潤濕性的機(jī)理如下：親油固體（因油濕性物質(zhì)吸附而親油）的潤濕性先取決于其上油濕性物質(zhì)的脫附，然后取決于其上表面活性劑分子的吸附。

3 結(jié)論

（1）CMC值較低，降低界面張力能力強(qiáng)；

（2）表面活性劑DPS的HLB值與原油HLB值接近，乳化作用強(qiáng)；

（3）DPS表面活性劑接觸角最小，改變潤濕性的效果最好。

［1］岳曉云，樓諸紅，等.石油磺酸鹽表面活性劑在三次采油中的應(yīng)用［J］.精細(xì)石油化工進(jìn)展，2001，6（2）:48-52.

［2］黃志宇，何雁.表面及膠體化學(xué)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2000：50-51.

［3］朱文會(huì)，張金彥.表面活性劑的HLB值實(shí)驗(yàn)測定方法［J］.河南科技，1987，（10）：11-13.