鹽化工中陰離子雙子表面活性劑溶液的黏度及流變性研究

李駿

摘 ?要：隨著NaCl和苯甲酸鈉濃度的增大，溶液的黏度均降低。同時NaCl和KCl、苯甲酸鈉和乙酸鈉都不具備協同增黏效應。用NaCl和KCl濃度的增加，溶液的油水界面張力增加，然后再下降，和KCl的效果更顯著。苯甲酸鈉和乙酸鈉將提高溶液的油水界面張力。當濃度為0.5%時，溶液的油水界面張力達到0.605mN/m和0.901mN/m，溶液的界面張力不能保持在超低水平。

關鍵詞：粘彈流體;陰離子表面活性劑;黏度;粘彈性

1背景技術

1.1 發展趨勢

目前研究者對于陰離子雙子表面活性劑的研究仍處于起步階段，更多的研究尚集中于陽離子雙子表面活性劑上。而陰離子雙子表面活性劑在一些方面更具優勢，它可以降低活性劑在地層的吸附損失及減小對儲層滲透率的傷害，同時它對Ca2+、高礦化度環境的適應性更好。同時雙子表面活性劑在三次采油領域有著廣泛的應用前景，保持低的界面張力是提升采收率額重要方法，隨著活性劑的加入，溶液界面張力呈現先下降后上升的趨勢;雙子表面活性劑結構中碳鏈所含碳原子數越少，其界面活性劑越低;向活性劑溶液中加入無機鹽，如NaCl，可有效降低油水界面張力。研究發現，無機鹽對溶液黏度的影響與其的加量有關，如NH4Cl等在和合理的加量范圍內會提高溶液的黏度。未來研究更趨向于在保證粘彈性表面活性劑黏度的條件下，并且在高鹽和高溫情況下，更大程度地降低界面能，達到更低的界面張力下，更多提高采收率的目的。據此，本論文將著重探討有機鹽（氯化鈉、氯化鉀）、無機鹽（苯甲酸鈉、乙酸鈉）對陰離子雙子表面活性劑黏度、粘彈性、油水界面張力的影響。

1.2粘彈性流體

粘彈性流體是粘彈性體的分支，具有和粘彈性體類似的性質，粘彈性流體是一類既具有粘性也具有彈性的特殊流體。在定長剪切流場中，粘彈性流體在外力的作用下會發生流動和形變，當撤掉外力后，這種流體會部分恢復或者隨時間恢復。粘彈性流體具有流變性，且比較復雜，逐漸成為石油領域的研究熱點。與牛頓流體相比，粘彈性流體具有獨特的流變現象，如爬桿現象、擠出脹大現象、通信套管軸向流動現象、虹吸現象等。

2 雙子表面活性劑的分子結構及分類

2.1雙子表面活性劑概述

表面活性劑具有親水親油的雙親性質，是一種兩親物質，其分子在溶液表面能定向排列，分子由親水基團和親油基團構成。因此活性劑表現出了顯著的兩親性，它既可以溶于極性溶劑，也可以溶于表現出非極性的油相中。向水溶液中加入少量表面活性劑就可以顯著降低溶液體系的表面張力或油水（液相）界面張力。表面活性劑有許多特性，只有其分子中的親水親油比達到合適的比值才會表現出優良性能，因而受到廣泛關注，近些年來得到迅速發展。

2.2雙子表面活性劑的分子結構

雙子表面活性劑通常被稱之為雙生表面活性劑以及孿連表面活性劑等等，雙子表明 活性劑是一種具有低聚合特征的新型活性劑，也被稱之為Gemini表面活性劑。在雙子表面活性劑分子結構中，含有兩個疏水基（疏水鏈）和兩個親水基（近親水基），它們通過橋連基連接在一起后形成橋聯基團。傳統型表面活性的單元結構是由一個親水基和一個疏水基組成的單鏈結構，相比而言，Gemini表面活性劑的單元結構含有通過化學鍵連接在一起的兩個或兩個以上的雙親性分子的離子頭基，并且橋連基的介入使親水頭基之間連接的更加緊密，加大了疏水碳鏈之間的分子作用力，降低了活性劑親水基之間存在的排斥作用，由此可使活性劑具有更優良的性能。雙子表面活性劑近年來已然成為國際上相關領域中應用較為廣泛的類型，作為一種新型活性劑，其成功研發和應用使界面具有更好的性能，將油水界面張力控制在超低水平，由于這種新型活性劑具有兩個親水基團，因而具有更高的表面活性，同時相較于傳統的表面活性劑而言，有著很低的Kraff（克拉夫特）點，較強的增溶作用和優良的乳化性、耐溫抗鹽性能，在石油領域尤其是三次采油等方面有著很廣闊的應用前景，因其特殊的分子結構和許多優異的性能，具有很高的應用潛力，也被稱作“二十一世紀的表面活性劑”。

2.3雙子表面活性劑的分類

從分子結構上看，雙子表面活性劑可視為有兩個單鏈表明活性劑通過橋聯集團連接的聚集體，根據其帶的電荷種類和電荷的親水基團，可分為Gemini陽離子型表面活性劑、Gemini陰離子以及兩性型表面活性劑等多種類型。其中，陽離子型表面活性劑就是其分子結構中含有陽離子親水基團的活性劑，在水溶液中解離時生成的表面活性劑離子帶正電荷，如銨鹽、季銨鹽型和季鏻鹽型等;陰離子型表面活性劑就是其分子結構中的親水基團由多種不同的陰離子集團構成，常見的這類活性劑包含磺酸鹽型、羧酸鹽型（在水中能夠電離出羧酸負離子）、磷酸鹽型、硫酸鹽脂型等。陰離子型表面活性劑在表面活性劑工業中發展最早，而且是產量最大品種最多的一類;非離子型表面活性劑在水溶液中不電離，即其分子在水溶液中不帶電性，受水中的礦化度影響比較，因而具有較穩定的物理性質，其親水性基團主要由一定數量的醚基和羥基等集團組成，兩性表明活性劑分子結構中含有兩類不同類型的親水基團，即親水基團還有兩種不同電荷，在水中由于酸堿度的不同可以表現出兩種類型的電荷;由于疏水鏈的種類不同，兩性表面活性劑的種類較為豐富。它可以制備高效乳化劑，在超低的濃度下表現出很高的洗滌效率。

3 雙子表面活性劑結構對其性能影響的研究進展

表面活性劑最早被用于制作洗滌液，后來隨著產品商業化的逐步發展，人類科學技術的日益提高，現在已經廣泛應用于化工、能源、食品、紡織、皮革等行業，許多行業都離不開表面活性劑，因此其享有“工業味精”的稱號。人們對表面活性劑的研究始于上世紀七十年代，在上世紀七十年代初期，國外學者Buton等在實驗室中合成了Gemini表面活性劑，并將其作為有機化學反應的催化劑，并研究了其分子結構中聯結基團對自身性能的影響。

溫度對大多數表面活性劑的溶解度有著不可忽略的影響，離子型表面膜活性劑溶解度的轉折點稱為Kraff點，非離子型表面活性劑溶解度轉折點稱為濁點。王楷燕等以異構十三醇聚氧乙烯醚、順酐、丁二醇和亞硫酸氫鈉為原料合成4種陰-非離子雙子星座表面活性劑，并研究了溫度和表面張力之間的相關性。研究結果發現，雙子表面活性劑分子結構中如果含有異構的烷基、聚醚鏈段以及雙子星座的結構，水溶液的表面張力會得到顯著降低。

4 ?總結

研究得出了助劑對優選低界面張力粘彈流體增粘劑GC18-2-18粘度及界面活性的影響結論：KCl濃度變化對GC18-2-18溶液粘度影響不明顯;增大NaCl、Na2CO3濃度，GC18-2-18溶液粘度均快速下降;苯甲酸鈉與乙酸鈉對GC18-2-18也不具備協同增粘作用。KCl、Na2CO3加量變化對其界面張力影響明顯，溶液處于低界面張力范圍（<3×10-2mN/m），含鹽量高于0.3%后，界面張力可達超低;隨苯甲酸鈉、乙酸鈉濃度增大，GC18-2-18溶液油水界面張力均增大，當加入濃度為0.5%時，溶液無法滿足低界面張力要求。

參考文獻

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