四种不同类型表面活性剂复配微乳酸体系研究

包雨霏

（1.川庆钻探工程公司井下作业公司，四川广汉 618300；2.西南石油大学化学化工学院，四川成都 610500）

酸化是使油气井增产或注水井增注的一种有效措施[1]，W/O 型微乳酸是一种有效的缓速酸体系[2]。但目前国内外对用于酸化的微乳酸体系研究得很少，且现有研究中微乳酸体系的酸浓度都比较小[3-14]。现有研究多集中于以阳-非离子表面活性剂混合物作为乳化剂的体系，对其他类型的微乳酸体系研究得很少。针对目前国内外对用于酸化的微乳酸体系研究的局限性，本文制备出了具有较大酸浓度的阳-非、非-非、阴-非和阴-阳这四种不同乳化剂类型的微乳酸体系，评价并比较了四种微乳酸体系的性能，为不同类型微乳酸体系应用于不同条件地层的酸化施工提供了一定的参考。

1 实验部分

1.1 仪器与药品

磁力搅拌器，84-1A 型；电子天平，FA1004 型；数字电导率仪，DDS-11A 型；数显智能型恒温水浴锅，GKC 型；循环水式多用真空泵，SHB-3 型；电热鼓风干燥箱，101-1A 型；低速离心机，TLD-40B 型。

盐酸（分析纯，37 %），十二烷基三甲基溴化铵（DTAB，分析纯），十四烷基三甲基溴化铵（TTAB，分析纯），十六烷基三甲基溴化铵（CTAB，分析纯），十八烷基三甲基溴化铵（OTAB，生化试剂），Span 60（化学纯），Span 80（分析纯），Span 85（分析纯），OP-10（分析纯），Tween 20（分析纯），Tween 60（分析纯），Tween 80（分析纯），十二烷基硫酸钠（SDS，分析纯），十二烷基磺酸钠（AS，化学纯），十二烷基苯磺酸钠（SDBS，分析纯），氯代十四烷基吡啶（TPC，分析纯），溴代十六烷基吡啶（CPB，分析纯），正丁醇（分析纯），正戊醇（分析纯），正己醇（分析纯），正辛醇（分析纯），无水氯化钙（分析纯），煤油。

1.2 实验步骤

1.2.1 组分、配比优选 固定煤油为油相（O），15 %盐酸为酸相（W），以是否能形成微乳酸为标准来筛选表面活性剂（S，S=S1+S2）和助表面活性剂（A）。固定助表面活性剂、表面活性剂1（S1）、表面活性剂2（S2）的种类，采用单因素法来筛选配比。以所形成的W/O 单相微乳区（1Φ）面积最大为标准来筛选体系的组成。

1.2.2 性能评价

1.2.2.1 稳定性（1）离心法：在离心机中，以4 000 r/min 的转速将微乳酸体系样品离心1 h，观察是否出现混浊或分层。（2）热稳定性：将微乳酸体系样品分别置于50 ℃、60 ℃、70 ℃的恒温水浴4 h，观察是否出现混浊或分层。

1.2.2.2 缓速性 将已称重的大理石颗粒加入各实验点，置于一定温度的恒温水浴中，每隔2 h 取出一组实验点的大理石颗粒，冲洗、烘干、称重。分别在20 ℃、50 ℃、80 ℃的条件下进行此实验。

1.2.2.3 缓蚀性 根据石油天然气行业标准SY/T 5405-1996 的规定，采用静态挂片法测定各实验点钢片的失量，计算体系的腐蚀速率和缓蚀率。分别在20 ℃、50 ℃、80 ℃的条件下进行此实验。

1.2.2.4 耐盐性 取5 mL 的微乳酸样品，依次加入0.05 g 的无水CaCl2，记录体系所分离出的水相体积。

2 结果与讨论

对筛选出的具有最大1Φ 面积的阳-非离子表面活性剂复配微乳酸体系：煤油/Span 80+CTAB/正己醇/20 %浓度盐酸，非-非离子表面活性剂复配微乳酸体系：煤油/Span 85+OP-10/正己醇/20 %浓度盐酸，阴-非离子表面活性剂复配微乳酸体系：煤油/ SDBS+OP-10/正己醇/20 %浓度盐酸，阴-阳离子表面活性剂复配微乳酸体系：煤油/ SDBS+CPB/正己醇/20 %浓度盐酸，选择酸相含量为30 %的点来进行性能评价。

表1 四种微乳酸体系在不同温度下的热稳定性

2.1 稳定性

四种微乳酸体系样品在离心机中以4 000 r/min的转速离心1 h，均未出现混浊或分层，都具有很好的稳定性（见表1）。

由表1 可以看出，阳-非离子体系的热稳定性最好，阴-阳离子体系次之，它们都能较好地耐受70 ℃的高温。阴-非离子体系和非-非离子体系在超过60 ℃的条件下放置一定时间就会开始出现分层。这是因为这两种体系中都含有OP-10，OP-10 的浊点为61～67 ℃，温度超过60 ℃以后OP-10 醚键上氧原子所结合的水分子会逐渐脱离，体系的乳化能力会大大降低。由表1还可以看出，在同等温度下，阴-非离子体系保持稳定性的时间明显长于非-非离子体系，这是因为与阴离子表面活性剂的复配能使非离子表面活性剂的浊点有所升高。

2.2 缓速性

2.2.1 20 ℃ 由图1 可以看出，20 ℃时四种微乳酸体系与大理石反应都具有很好的缓速效果。阳-非离子体系缓速效果相对最差，阴-阳离子体系次之，阴-非离子体系和非-非离子体系缓速效果最好。

图1 20 ℃时四种微乳酸体系与同等浓度盐酸中大理石消耗量的变化曲线

2.2.2 50 ℃ 由图2 可以看出，50 ℃时四种微乳酸体系与大理石反应的缓速效果依然很好。阳-非离子体系和阴-阳离子体系缓速效果相对较差，阴-非离子体系和非-非离子体系缓速效果最好。

2.2.3 80 ℃ 由图3 可以看出，80 ℃时四种微乳酸体系与大理石反应的缓速效果依然很明显。但是阴-非离子体系和非-非离子体系的缓速效果有明显下降。这是因为这两种体系中都含有OP-10，80 ℃的环境温度远远超过了OP-10 的浊点，体系会发生破乳影响其缓速性能。而阳-非离子体系和阴-阳离子体系由于其良好的热稳定性，在80 ℃的高温下依然能保持良好的缓速性能。

图2 50 ℃时四种微乳酸体系与同等浓度盐酸中大理石消耗量的变化曲线

图3 80 ℃时四种微乳酸体系与同等浓度盐酸中大理石消耗量的变化曲线

2.3 缓蚀性

2.3.1 20 ℃ 由图4 和表2 可以看出，20 ℃时四种微乳酸体系与钢片反应都具有很好的缓蚀效果。阴-阳离子体系缓蚀效果最好，非-非离子体系次之，阴-非离子体系缓蚀效果相对最差。

2.3.2 50 ℃ 由图5 和表3 可以看出，50 ℃时四种微乳酸体系与钢片反应仍然具有很好的缓蚀效果，缓蚀率都高达百分之九十多。阴-阳离子体系的缓蚀效果依然最好。

表2 20 ℃时四种微乳酸体系的腐蚀速率与缓蚀率

图4 20 ℃时四种微乳酸体系与同等浓度盐酸中钢片消耗量的变化曲线

图5 50 ℃时四种微乳酸体系与同等浓度盐酸中钢片消耗量的变化曲线

表3 50 ℃时四种微乳酸体系的腐蚀速率与缓蚀率

表4 80 ℃时四种微乳酸体系的腐蚀速率与缓蚀率

2.3.3 80 ℃ 由图6 和表4 可以看出，80 ℃时四种微乳酸体系与钢片反应的缓蚀效果依然明显。阴-阳离子体系的缓蚀效果依然最好，非-非离子体系的缓蚀效果有明显下降。这是因为80 ℃的环境温度远远超过了非-非离子体系所含有的OP-10 的浊点，体系会发生破乳影响其缓蚀性能。

图6 80 ℃时四种微乳酸体系与同等浓度盐酸中钢片消耗量的变化曲线

2.4 耐盐性

由图7 可以看出，阴-阳离子体系的耐盐性最差，阴-非离子体系次之，阳-非离子体系的耐盐性居中，非-非离子体系的耐盐性最好。这符合非离子型表面活性剂稳定性高，不易受强电解质无机盐影响的特点。

图7 四种微乳酸体系分离水相体积随CaCl2 含量的变化曲线

3 结论

（1）四种微乳酸体系都具有很好的稳定性。四种体系中，阳-非离子体系热稳定性最好，非-非离子体系热稳定性最差。

（2）四种微乳酸体系在20 ℃、50 ℃、80 ℃的条件下都具有良好的缓速性能。四种体系中，阴-非离子体系缓速效果最好，阳-非离子体系缓速效果最差。当环境温度超过OP-10 的浊点时，阴-非离子体系和非-非离子体系的缓速效果会有明显下降。

（3）四种微乳酸体系在20 ℃、50 ℃、80 ℃的条件下都具有良好的缓蚀性能。四种体系中，阴-阳离子体系缓蚀效果最好，阴-非离子体系缓蚀效果最差。当环境温度超过OP-10 的浊点时，非-非离子体系的缓蚀效果会有明显下降。

（4）四种微乳酸体系中，非-非离子体系耐盐性最好，阴-阳离子体系耐盐性最差。

四种体系都具有良好的稳定性和耐盐性，在不同温度条件下的缓速和缓蚀性能也非常明显。但它们之间又有着明显的性能差异，这可以为不同类型微乳酸体系应用于不同条件地层的酸化施工提供一定的参考。

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