新型阴离子双子表面活性剂油水界面性质研究

程 瑜 (西安石油大学石油工程学院，陕西 西安 710065)

唐善法 (长江大学石油工程学院，湖北 荆州 434023)

新型阴离子双子表面活性剂油水界面性质研究

程 瑜 (西安石油大学石油工程学院，陕西 西安 710065)

唐善法 (长江大学石油工程学院，湖北 荆州 434023)

在模拟地层水条件下，通过“旋转液滴法”测定了不同分子结构的阴离子双子表面活性剂与轮古混合油(稠油+稀油)间的界面张力，并系统考察了各种因素对阴离子双子表面活性剂AN8-4-8与混合油间界面张力的影响。结果表明，碳链长度相同时，连接基碳数增加，界面张力降低；连接基碳数相同时，界面张力随碳链长度增加也降低，但AN8-4-8降低油水界面张力效率更高。AN8-4-8浓度升高，油水界面在浓度为1%时存在最低值；增加水相矿化度，界面张力下降，可知AN8-4-8抗高矿化度能力优越；钙盐的加入对界面活性影响不大；温度升高更利于AN8-4-8界面活性的发挥；体系的界面活性在pH=7时最好。

阴离子双子表面活性剂；油水界面；张力；分子结构

表面活性剂溶液的油水界面行为是评价其性能的一个重要指标。与常规单链表面活性剂相比，双子表面活性剂由于分子结构和聚集吸附行为的特殊性而具有独特的降低油水界面张力的能力[1]。目前，对双子表面活性剂油水界面行为的研究主要集中于阳离子型[2-3]、阴离子型磺酸盐[4-5]和羧酸盐[6]。下面，笔者系统研究了各种因素对一类新型阴离子双子表面活性剂(AN系列)油水界面张力的影响规律，从而为该类表面活性剂的实际应用提供依据。

1 试验部分

1.1试剂及材料

阴离子双子表面活性剂： AN8-2-8、AN10-2-10、AN12-2-12、AN6-4-6、AN8-4-8、AN10-4-10、AN12-4-12，均由长江大学石油工程学院提供。氯化钠、无水氯化钙、六水合氯化镁、碳酸钠、硫酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、盐酸(36%)，均为分析纯。原油：轮古混合油(稠油+稀油)。

1.2仪器

TX-500C全量程旋转滴界面张力仪、电子天平(0.001g)。

1.3试验方法

1.3.1模拟地层水配制

用电子天平准确称取各种无机盐于烧杯中溶解，并转至1000ml容量瓶中定容。模拟地层水(CaCl2水型)总矿化度及各种离子含量如表1所示。

表1 轮古地层水总矿化度及各类离子含量

1.3.2表面活性剂溶液配制

用电子天平准确称取所需不同类型表面活性剂样品于100ml容量瓶中定容，以模拟地层水配成浓度为2%的表面活性剂母液，备用。

1.3.3油水界面张力测定

界面张力仪转速5100r/min；无特殊说明，温度为45℃。

2 结果及讨论

2.1分子结构对阴离子双子表面活性剂溶液与原油间界面张力的影响

2.1.1连接基长度的影响

表2 连接基长度(s=2、4)对油水界面张力的影响

在相同浓度(1%)下，选取碳链长度一定(m=8或12)，连接基长度不同(s=2、4)4种双子表面活性剂，研究连接基长度变化对稳态界面张力的影响，结果如表2所示。由表2可以看出，无论双子表面活性剂的疏水链碳数是8还是12，界面张力总是在连接基长度为4时较低。说明连接基长度的增加有利于其界面活性的增强。

2.1.2碳链长度的影响

固定连接基长度为4，选取不同链长度(m=6、8、10、12)4种双子表面活性剂，测试浓度为1%双子表面活性剂溶液与原油间的稳态界面张力，结果如图1所示。从图1可知，在相同连接基长度下，碳链长度增加，界面张力下降；如AN12-4-12界面活性最高。但碳链过长必导致其水溶性下降，应用成本升高。进一步研究发现，碳链长度增长对其降低油水界面张力效率影响明显不同。从表3可看出，AN8-4-8降低界面张力效果最明显，约是AN12-4-12的13倍。可见AN8-4-8降低油水界面张力更高效、更经济、更有实用价值。

表3 不同碳链长度双子表面活性剂降低界面张力的效率

2.2AN8-4-8界面活性及影响因素研究

2.2.1AN8-4-8溶液与混合油间界面活性研究

图2给出了AN8-4-8溶液在不同浓度时界面张力的变化结果。由图2可看出，体系的界面张力值随AN8-4-8浓度的升高先降后升，在浓度为1%时最低。说明双子表面活性剂在降低油水界面张力时存在一个最佳的浓度值，并不是浓度越高，界面活性越好。这主要是体系中表面活性剂浓度较高时，其在油水界面上开始发生双层或多层吸附，使得界面张力回升[3]。

图1 疏水链碳数变化对油水界面张力的影响 图2 AN8-4-8浓度变化对界面张力的影响

2.2.2AN8-4-8溶液与原油间界面活性的影响因素研究

1)水相矿化度对油水界面张力的影响 用不同浓度的矿化水配制浓度为1%的AN8-4-8溶液，分别测定其与原油间的界面张力，结果如图3所示。从图3可看出，水相矿化度对AN8-4-8界面张力影响很大。总体表现为含盐量增大，油水界面张力下降，表明AN8-4-8在特高矿化度水中仍具有较好的油水界面活性，可满足高矿化度油藏应用要求。

图3 水相矿化度变化对油水界面张力的影响

2)CaCl2加量对油水界面张力的影响 配制含不同浓度CaCl2的AN8-4-8溶液(1%)，分别测定其与原油间的界面张力，结果如图4所示。从图4可知，在实验测定的CaCl2浓度范围内，油水界面张力出现先升后降、最后趋于平稳的现象。当CaCl2浓度为5000mg/L时，界面张力最高(1.0909mN/m)。说明CaCl2的加入在一定程度上降低了AN8-4-8的界面活性，但与不加时界面张力(0.8475mN/m)相比较，其降低幅度并不明显。随后，继续增加CaCl2浓度，界面张力开始下降，最后与不加时持平。可见，CaCl2的加入对AN8-4-8界面活性的发挥影响甚微。

3)pH值对油水界面张力的影响 试验测试了浓度为1%AN8-4-8溶液在不同pH值下与原油间的界面张力。结果表明，pH=7时，界面张力最低(0.0748mN/m)；在酸性水或碱性水水体中，界面张力均大于0.12mN/m。

4)温度对油水界面张力的影响 测试浓度为1%AN8-4-8溶液在不同温度时与原油间的界面张力，结果如图5所示。从图5可以看出，在所测试的温度范围内，界面张力随温度升高而逐渐下降。说明温度升高有利于双子表面活性剂界面活性的发挥。

图4 CaCl2浓度变化对油水界面张力的影响 图5 不同温度下的油水界面张力变化规律

3 结 论

1)阴离子双子表面活性剂碳链及连接基长度的增加，其界面活性逐渐增强，但AN8-4-8降低界面张力的效率最高。

2)AN8-4-8浓度变化对油水界面张力存在影响，浓度为1%时界面张力最低。

3)水相矿化度升高，AN8-4-8与混合油间的界面张力降低，可满足高矿化度 (260000mg/L)油藏应用需要。

4)钙盐浓度对AN8-4-8界面活性影响不大；温度升高有利于AN8-4-8界面活性的发挥；pH=7时界面活性最好。

[1]赵剑曦. Gemini表面活性剂的研究与发展方向[J].化学进展,1991,11(4):348-357.

[2] 杨光,叶仲斌,韩明,等.阳离子双子表面活性剂降低油水动态界面张力的实验研究[J].中国海上油气,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] 谭中良,韩冬.阴离子孪连表面活性剂的合成及其表/界面活性研究[J].化学通报,2006(7):493-497.

[5] 赵田红,胡星琪,王忠信,等.磺酸盐系列孪连表面活性剂的合成与驱油性能[J].油田化学,2008,25(3):268-271.

[6] 于丽,孙焕泉,肖建洪,等.羧酸盐类Gemini表面活性剂二元复合驱配方的研究[J]. 油气地质与采收率, 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

中国石油天然气集团公司中青年创新基金项目(2010D-5006-0211)。

程瑜(1986-)，女，2010年大学毕业，硕士生，现主要从事油气田开发工程方面的研究工作。

唐善法(1965-)，男，1985年大学毕业，博士，教授，现主要从事油气田开发工程方面的教学与研究工作；E-mail：tangsf2005@126.com。

[编辑] 洪云飞