烷基苯磺酸盐结构与界面活性范围关系试验研究

2016-07-15白林海孙立怡史秀艳

长江大学学报(自科版) 2016年16期

白林海，孙立怡，史秀艳

(中石油大庆油田有限责任公司第一采油厂，黑龙江大庆 163001)

白林海，孙立怡，史秀艳

(中石油大庆油田有限责任公司第一采油厂，黑龙江大庆 163001)

[摘要]石油磺酸盐作为表面活性剂在弱碱三元复合体系中使用较多，但石油磺酸盐中未磺化油含量较高，存在一定的弊端，因此在弱碱三元复合体系中由烷基苯磺酸盐替代石油磺酸盐会成为一种必然趋势。在室内对8种不同疏水基烷基苯磺酸盐表面活性剂与区块原油进行界面性能评价，通过变化酸值和碳链的长度2项指标观察其对界面张力的影响。研究发现碳链的长度与原油间存在一定的匹配关系，酸值对界面张力影响不大。在确定与原油匹配的表面活性剂基础上，研究了取代基个数与界面张力的关系，通过复配后体系与原油间界面张力的变化分析了相对分子量对界面张力的影响规律。

[关键词]烷基苯磺酸盐；界面活性；弱碱三元体系；界面张力

石油磺酸盐具有降低油水界面张力、来源广和价格低等优势，因而在三次采油中占有极其重要的地位[1]。但同时由于它的未磺化油含量较高[2]，造成低渗透油层的注入困难。烷基苯磺酸盐是一种碳链长度固定、结构相对单一的表面活性剂，其未磺化油含量相对较低，远远小于石油磺酸盐。笔者通过配制弱碱三元复合体系评价其界面活性，试验研究了烷基苯磺酸盐结构与界面活性的关系，旨在为弱碱三元复合驱优选表面活性剂提供重要依据。

1试验部分

试验用弱碱三元复合体系采用矿化度为5410mg/L、悬浮物含量为10.7mg/L、含油量为10.7mg/L的污水配置；聚合物采用分子量为14.6×104、黏度为45.1mPa·s的中分子量聚合物，试验配置浓度为1500mg/L；碱采用弱碱碳酸钠。表面活性剂采用组分可控的烷基苯磺酸盐(见表1)，原油采用现场水驱后脱水原油作为试验样品。

表1　烷基苯磺酸盐的基本参数

试验中将形成界面的两液相加入到样品中，然后将样品放入到TX-500C型旋转滴界面张力仪中，设定温度为45℃、旋转速度为5000r/min，每间隔20min录取一次数据，待2h后，记录平衡时的界面张力数值。

2试验结果与分析

2.1不同酸值对界面活性的影响

在室内对具有相同分子量、不同酸值的烷基苯磺酸盐进行弱碱三元复合体系界面活性检测。C16烷基二甲苯磺酸盐2种不同酸值的表面活性剂试验得到的界面活性如图1和图2所示，可以看出体系均可以在较宽的表面活性剂和碱浓度的范围内形成10-3mN/m数量级的超低界面张力，即酸值对界面活性影响不大。从C18烷基二甲苯磺酸盐2种不同酸值的表面活性剂试验得到的界面活性如图3和图4所示，随着表面活性剂和碱浓度的变化，体系中没有形成10-3mN/m数量级的超低界面张力，此类表面活性剂不适用于三元复合驱。

图1　C16-8(1号)界面活性图　　　　　图2　 C16-8(2号)界面活性图

图3　C18-8(1号)界面活性图　　　　　图4　C18-8(2号)界面活性图

2.2不同分子结构对界面张力的影响

1)碳链长度对界面活性的影响对用浓度为1500mg/L的聚合物和不同碳链长度的烷基苯磺酸盐配置的弱碱三元复合体系进行界面活性检测(见图5～图8)。图5和图1对比表明，带有支链的C16烷基苯磺酸盐形成超低界面张力时碱浓度和表面活性剂浓度范围较宽；图6和图4对比表明，带有支链的C18烷基苯磺酸盐在相同浓度范围内没有形成超低界面张力。因此，带有支链的C16烷基苯磺酸盐界面活性好于带有支链的C18烷基苯磺酸盐。

另一组对比结果如图7、图8所示，直链的C18烷基苯磺酸盐形成超低界面张力时的碱浓度范围大于直链的C16烷基苯磺酸盐的范围。

图5　C16-7界面活性图　　　　图6　C18-7界面活性图

图7　C16-6界面活性图　　　　　图8　C18-6界面活性图

根据匹配关系原理，表面活性剂的平均当量和当量分布与原油的平均分子量和分子量分布相匹配时，表面活性剂体系就能与原油间形成超低界面张力[3]。根据现场原油全烃色谱分析得出原油的平均分子量为423.45，分子量分布在C13～C23。可见表面活性剂C16、C18均和原油的分子量分布相匹配，经过计算可知烷基苯磺酸盐的当量，C16-7、C16-8和C18-6的当量分别为418、432和432，与原油的平均分子量较为接近。因此，C16-7、C16-8和C18-6的界面活性要好于其他表面活性剂。

2)取代基对界面活性的影响从上述试验对C16-6、C16-7和C16-8进行界面活性检测所得到的图7、图5、图1和图2对比可以得出，随着取代基的增多，形成10-3mN/m数量级的超低界面张力所需要的碱浓度逐渐减小，界面活性范围逐渐向低碱方向偏移和拓展。这主要受分子的横截面积的影响，在表面活性剂亲水基相同时，通常疏水基的支链结构使分子截面积变大，即苯环上取代的烷基总碳数增加，使烷基苯磺酸盐分子在油水界面上占据更大面积, 饱和吸附量变小，因而所需的碱量减小，界面活性变好。

2.3表面活性剂平均相对分子量对界面活性范围的影响

将界面活性范围较宽的C18-6、C16-8(2号)分别和C16-7复配来研究复配后弱碱三元复合体系界面活性范围的变化。

1)表面活性剂平均相对分子量对界面活性范围的影响对C16-7、C18-6和、C16-8(2号)按不同比例复配后，检测三元复合体系界面活性范围。C16-7和C18-6这2种表面活性剂复配比例为1∶1时，达到低界面张力的Na2CO3的最大浓度范围是0.4%～1.2%；2种表面活性剂复配比例为2∶1时，达到低界面张力的Na2CO3的最大浓度范围是0.6%～1.2%；与C16-7单剂活性范围比较而言，有向低碱方向偏移和拓展的趋势。C16-7与C16-8复配后的趋势与上例相同。对以上现象进行分析，原因如下：C16-7的分子量为418，C18-6的分子量为432，表面活性剂复配后平均相对分子量分别变为425和422.7，随着平均相对分子量增大，其分子面积增大，在油水界面上的饱和吸附量变小，因此所需的碱量也变小[4]。

2)同分子量不同当量分布的表面活性剂界面活性范围从图8和图2对比可以得出，表面活性剂平均相对分子量为432时，C18-6测得表面活性剂与碱浓度范围很宽的超低界面活性范围，而C16-8(2号)超低界面活性范围的碱浓度相对于C18-6变窄。同理，在试验用表面活性剂的复配体系中，试验图9表明平均相对分子量为425时，C16-7与C18-6的复配体系形成超低界面活性范围宽于C16-7与C16-8(2号)的复配体系。说明平均相对分子量相同当量分布不同的表面活性剂界面活性范围也不相同。