磺酸盐Gemini表面活性剂物化性能的研究

李 杰，尹 璐，田 岚，刘 宇，彭玉龙

（1.东北石油大学化学化工学院，黑龙江 大庆163318；2.大庆油田有限责任公司天然气分公司，黑龙江 大庆163411）

目前，我国几大主要油田已先后进入高含水期，为提高原油采收率，使用表面活性剂的化学驱油技术的应用日益广泛。近年来，由两个双亲分子的离子头基经连接基团通过化学键连接而成的Gemini表面活性剂，因其独特的分子结构而具有比传统表面活性剂更高的表面活性、独特的流变性及优良的乳化性能，是三次采油领域中研究非常活跃的新一代表面活性剂[1－9］。作者研究了自制的磺酸盐Gemini表面活性剂TADS－10的润湿性能、起泡性能及乳化性能，拟为磺酸盐Gemini表面活性剂在三次采油中的应用提供参考。

1 实验

1.1 试剂与仪器

石油磺酸盐，大庆采油厂；磺酸盐Gemini表面活性剂TADS－10，自制；十二烷基苯磺酸钠、液体石蜡，分析纯，天津大茂化学试剂厂。

JC2000C型静滴接触角／界面张力测量仪，厦门迈凯伦精瑞科仪有限公司。

1.2 方法

1.2.1 润湿性能的测定

采用静滴接触角／界面张力测量仪以量高法对TADS－10水溶液接触角进行测定。配制不同浓度的TADS－10溶液，测量仪温度设定为25℃，用0.5mL微型进样器吸取TADS－10溶液滴于砂岩薄片上，测量液体的接触角。测量3次取平均值。

1.2.2 起泡性能的测定

采用搅动法[10］测定 TADS－10的起泡性能。在25℃下，取10mL不同浓度的TADS－10溶液于具塞量筒中，剧烈振动30次（2次·min－1），记录TADS－10溶液在具塞量筒中的泡沫体积。分别考察浓度及温度对TADS－10起泡性能的影响。

1.2.3 乳化性能的测定

采用分水时间法[11］测定TADS－10的乳化性能。配制浓度分别为0.05g·L－1、0.1g·L－1、0.2g·L－1、0.5g·L－1的TADS－10、十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸盐溶液。分别吸取20mL表面活性剂溶液、20mL液体石蜡置于锥形瓶中，在25℃水浴恒温0.5h后，振荡5次，静置60s，重复5次，将乳浊液倒入量筒中，记录乳浊液分出5mL水相所用的时间。

2 结果与讨论

2.1 润湿性能

测定不同浓度的TADS－10溶液的接触角，结果见表1 。

由表1 可知，加入表面活性剂TADS－10后，亲油表面的接触角减小、亲水表面的接触角增大，说明TADS－10具有较好的改善岩层表面的润湿性能的作用；且TADS－10溶液亲水表面的接触角随着溶液浓度的增大而增大、而亲油表面的接触角随着溶液浓度的增大而减小，说明随着溶液浓度的增大，亲水表面逐渐变为弱亲水表面，亲油表面逐渐变为亲水表面。这是因为：TADS－10的亲水基吸附在亲水表面，疏水链向外，使亲水表面变为弱亲水表面；在亲油表面上，TADS－10分子疏水链因疏水效应发生吸附，致使其亲水基伸向水相中形成单层吸附，导致亲油表面变为亲水表面[12］。

表1 TADS－10溶液的接触角Tab.1 Contact angles of TADS－10solution

2.2 起泡性能

图1 温度对TADS－10起泡性能的影响Fig.1 Foaming performance of TADS－10at different temperatures

2.2.1 温度对TADS－10起泡性能的影响（图1）由图1可知，随着温度的升高，起泡体积逐渐增大，说明TADS－10的起泡性能增强。由于泡沫是需要外界对其做功的热力学不稳定体系，温度升高时，表面活性剂分子运动速度加快，溶液发生膨胀，泡沫分子间距离增大[13］，起泡体积增加。同时温度升高使动能增大，导致在吸附表面的表面活性剂分子增多，也增强了 TADS－10的起泡性能[14］。

2.2.2 溶液浓度对TADS－10起泡性能的影响（图2）

图2 溶液浓度对TADS－10起泡性能的影响Fig.2 Foaming performance of TADS－10at different concentrations

由图2可知，随着溶液浓度的增大，起泡体积增大，说明TADS－10起泡性能增强，溶液浓度高于临界胶束浓度时起泡性能则趋于稳定。这是因为，表面活性剂表面张力的大小和在气液界面上的吸附量决定了起泡性能的强弱[15］。随着溶液浓度的增大，TADS－10在气液界面上的吸附量增大，表面张力则随之降低，因而起泡性能相应增强；当溶液浓度到达临界胶束浓度后，TADS－10在气液界面上的吸附量达到饱和，表面张力不再降低，TADS－10的起泡性能趋于稳定[16－17］。

2.3 乳化性能

在25℃下，考察不同浓度的TADS－10、十二烷基苯磺酸钠和石油磺酸盐的乳化性能，结果如表2 所示。

表2 不同浓度下TADS－10、十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸盐的乳化性能Tab.2 Emulsifying properties of TADS－10，sodium dodecyl benzene sulfonate and petroleum sulfonate under different concentrations

由表2 可知，随着TADS－10浓度的增大，分水时间不断延长，说明TADS－10乳化能力在相应增强。这是因为，浓度增大时表面活性剂在界面膜上的吸咐量增加，形成的乳状液更稳定，分水时间延长。与十二烷基苯磺酸钠和石油磺酸盐相比，TADS－10分出5 mL水相所用时间较长，说明其具有较强的乳化性能。这是因为，表面活性剂形成的界面膜强度直接影响着其乳化性能，Gemini表面活性剂在界面膜上的吸附分子密度大，而且相互作用强，所以界面膜的强度大，因而TADS－10的乳化性能优于传统表面活性剂[18］。

3 结论

随着磺酸盐Gemini表面活性剂TADS－10浓度的增大，亲水表面的接触角逐渐增大，亲水表面转变为弱亲水表面；亲油表面的接触角逐渐减小，亲油表面发生润湿反转成亲水表面。在临界胶束浓度附近，TADS－10表面活性剂的起泡性能趋于稳定；随着温度的升高，TADS－10表面活性剂的起泡性能增强。与传统的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠和石油磺酸盐相比，TADS－10具有较强的乳化性能。

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