一种阴/非离子表面活性剂的静态吸附实验研究

余晓玲

（江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏扬州225009）

一种阴/非离子表面活性剂的静态吸附实验研究

余晓玲

（江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏扬州225009）

研究了阴/非离子两性表面活性剂SHSA-01在S7净砂以及单矿物上的静态吸附规律，采用紫外分光光度法测定吸附前后溶液浓度变化。结果表明，石英石最大吸附量为0.813 mg/g左右，表面活性剂在几种矿物吸附量大小顺序为：石英石＜钾长石＜方解石＜伊利石＜绿泥石。储层中黏土矿物的含量决定了表面活性剂的吸附程度，沙7净砂对SHSA-01的吸附量随浓度的增加而增加；矿化度越大，吸附量越小；表面活性剂在储层砂上的静态吸附量均随浸泡时间的延长而增加，24 h后吸附量增加相对缓慢。聚合物62210的加入有利于降低SHSA-01的吸附损失，且降低程度较大。

阴/非离子两性表面活性剂；紫外分光光度法；储层净砂；单矿物；吸附

化学驱三次采油技术的成功与否，除了体系的驱油技术指标外，化学剂在油层岩石上的吸附滞留量是最重要且最直接的影响因素。三元、二元或者表面活性剂驱中，表面活性剂除了与地下流体反应外，必然在储层矿物上进行吸附，损耗表面活性剂，导致精心筛选的驱油体系由于浓度过低而失效，直接影响到驱油体系在运移过程中的驱油效率和经济成本［1，2］；另外，开展表面活性剂静态吸附实验，还可以得到表面活性剂在岩石上的吸附规律、吸附特征等参数。因此研究表面活性剂的吸附具有非常重要的意义。

1　表面活性剂的吸附机理

阴离子表面活性剂与矿物体系的理想吸附等温线可分为4个阶段［2］。Ⅰ段符合Henry定律，吸附量与表面活性剂的质量浓度成正比，吸附主要由静电引力引起，且烷烃链与矿物表面有较强的作用，吸附以单层吸附状态存在。Ⅱ段时，吸附量随质量浓度的增加而增加，是由吸附分子侧间力的作用引起的。在液-固界面上吸附的表面活性剂分子聚结成二维半胶束吸附状态，半胶束具有拟烃的性质，烃链间的范德华力引起的内聚作用可进一步吸附自由表面活性剂分子。Ⅲ段时，吸附量随浓度的增加变缓，固体表面的最佳吸附位已被完全占据，形成双层吸附。由于第二吸附层表面负电荷的存在，开始出现表面的排斥作用。Ⅳ段时，吸附不再随浓度的增加而增加，体系达到临界胶束浓度，表面活性剂分子开始缔合成胶束。在上述体系中，存在单个表面活性剂分子-胶束-吸附层分子间的动态平衡，同时出现胶束同吸附层对单个活性剂分子的争夺和胶束同吸附层之间的静电排斥作用。

2　静态吸附实验

吸附研究表明，油砂与溶液的质量比（固液比）为1:3～1:10对吸附量无显著影响［3］，本实验研究中选择固液比为1 g：3 mL、1 g：5 mL、1 g：8 mL。为了确定吸附达到平衡所需的时间，研究表明［4］，8 h～20 h即能达到吸附平衡，为确保达到充分的吸附平衡，本实验将平衡时间定为24 h。

2.1实验材料

主要仪器：恒温振荡器；高速离心机；紫外分光光度计；万分之一天平。

主要试剂：SHSA-01阴离子两性表面活性剂，其表达式为R1-O-（R2O）m-R4，相对分子质量均为400～ 700；高岭土，分析纯；蒙脱土，分析纯；石英石，分析纯；沙7净砂，80目～120目；NaCl，分析纯；CaCl2，分析纯；MgCl2·6H2O，分析纯；蒸馏水。

2.2测试步骤

在可密封瓶中放入净砂15 g，用盐水配制一定浓度的SHSA-01溶液，加入5 g固体粉末，盖紧塞子，至少做两个平行样，置于恒温空气振荡器中，在83℃下振荡24 h后取出，离心30 min后，取上层清液，测定吸附前后溶液的浓度变化。静态吸附量按以下公式进行计算［5］：

式中：Γ-静态吸附量，mg/g，表示每克岩石吸附表面活性剂的毫克数；G-表面活性剂溶液的总质量，g；C0-表面活性剂溶液的初始浓度，mg/g；Ce-表面活性剂溶液的平衡浓度，mg/g；m-岩石或矿物的质量，g。

2.3紫外分光光度法浓度测试原理

不同结构的有机化合物分子对电子辐射有选择性吸收。利用吸附前后紫外吸收差异计算吸附前后浓度差。

2.3.1测试步骤

（1）以吸附前的0.3%活性剂溶液作为标准液，用盐水配制一系列已知浓度的溶液，用盐水做背景测276 nm处的吸光度值，绘制吸光度对浓度的关系曲线，即工作曲线；

（2）取吸附离心后清液，用盐水配制成合适的浓度，用盐水做背景测试276 nm处的吸光度值，对照工作曲线，求得吸附后的浓度。

3　实验结果及分析

3.1标准工作曲线

将0.3%SHSA-01（注入水配，矿化度800 mg/L）、0.3%SHSA-01（地层水配，矿化度18 000 mg/L）、0.3% SHSA-01（矿化度5 000 mg/L）以及0.1%62210+0.3% SHSA-01（注入水配）按一定比例稀释成一系列浓度的溶液，将其配制水做背景在276 nm处测定吸光度值，绘制吸光度对应的关系曲线，结果（见图1a、b、c、d），吸附后的溶液离心后用紫外分光光度在276 nm测定吸光度值，再根据相应的溶液的标准工作曲线回归出吸附后的浓度，以此求出吸附量。

3.2常见岩石矿物组分对表面活性剂静态吸附影响

5种岩石矿物对表面活性剂SHSA-01不同浓度下的静态吸附（见图2）。从图2可以看出，几种岩石矿物吸附的基本情况是：随着初始浓度的增加，吸附量逐渐增大；表面活性剂在石英砂上的吸附量为0.813 mg/g，在石英砂上的吸附量小。钾长石上吸附的吸附量也比较小，长石的吸附量略大于石英，与长石解理缝发育、以及易于风化形成的溶蚀孔、缝有关。在方解石上的吸附量比在钾长石和石英砂上的吸附量有增加的趋势。表面活性剂在伊利石上的吸附量非常大，表面活性剂在绿泥石的吸附量比在石英砂、方解石的要大许多，说明表面活性剂在绿泥石上也有较高的吸附量，但比在伊利石上的吸附量要小。表面活性剂在几种矿物吸附量大小顺序为：石英石＜钾长石＜方解石＜伊利石＜绿泥石。

图1　SHSA-01标准工作曲线

图2　不同浓度表面活性剂在岩石矿物上的吸附量

3.3储层砂对表面活性剂吸附量评价

在油层温度83℃下对沙7净砂（80目～120目）进行吸附试验，考察储层砂对SHSA-01的吸附情况，表面活性剂SHSA-01溶液的质量浓度分别为0.3%、0.5%、0.7%、1.0%，均由沙7注入水配制，结果（见图3）。从图3中可以看出，随着SHSA-01质量浓度的增加，其在净砂上的吸附量不断增加，到浓度为0.5%时最大吸附量为17.558 6 mg/g，吸附曲线逐渐平稳。

3.4矿化度（水型）对表面活性剂体系在净砂上吸附量的影响

考察了矿化度（水型）对SHSA-01浓度为0.3%时在沙7净砂上的吸附情况，沙7注入水矿化度为924.33 mg/L左右，所用地层水为沙7～9地层水，总矿化度为15 027.42 mg/L，含5 000 mg/L的标准盐水为NaCl溶于蒸馏水中配制。实验结果表明（见表1），随着矿化度的增加，0.3%SHSA-01在净砂上吸附量逐渐减小。

图3　储层砂对SHSA-01的吸附量

表1　不同矿化度对SHSA-01在净砂上的吸附量

3.5接触时间对表面活性剂吸附量的影响

表面活性剂溶液与储层的接触时间对表面活性剂吸附量影响程度，随着时间的延长，表面活性剂在储层砂上（60目～80目）的吸附呈增加趋势，24 h之后，吸附量的增加趋势趋于平缓。不同浓度的表面活性剂在储层砂上的静态吸附量均随浸泡时间的延长而增加，且前24 h吸附量增加较快，24 h后吸附量增加相对缓慢。在前24 h矿物颗粒表面干净，表面活性剂的亲水基团短时间内即吸附于颗粒表面，因此开始时表面活性剂的吸附量大，同时也表明，表面活性剂达到平衡的静态吸附时间需要24 h（见表2）。

表2　不同时间表面活性剂在储层砂的吸附量

3.6聚合物对矿物及岩石净砂的吸附影响

在浓度为0.6%SHSA-01加入0.2%聚合物62210溶液，使得加入后SHSA-01浓度为0.3%，聚合物浓度为0.1%，考察了该溶液在油藏温度83℃下振荡24 h石英石、蒙脱土、高岭土以及沙7净砂上的吸附情况，与未加聚合物的0.3%SHSA-01（注入水配）进行比较，考察聚合物对表面活性剂吸附的影响情况结果（见表3）。

表3　聚合物加入对SHSA-01吸附量的影响

聚合物是二元、三元体系中的一个组分，考察了聚合物对表面活性剂在油砂上的吸附量的影响。由表3可知，溶液中加入聚合物后，吸附量降低。其主要原因是聚合物与表面活性剂的竞相吸附，占据了部分吸附位，减少了油砂表面的空吸附位，从而降低表面活性剂的吸附量。同时，聚合物的加入，增加了体系的黏度，减小了表面活性剂的分子与岩石表面接触的几率，从而降低了活性剂的吸附量。另外，0.1%62210+0.3% SHSA-01加入蒙脱土和高岭土之后，溶液很难将矿物粉末均匀分散，粉末团成一团，导致溶液很难润湿矿物粉末，这也是蒙脱土和高岭土吸附量大幅度降低的原因。因此，聚合物的加入对降低SHSA-01的吸附是有一定帮助的，起到了牺牲剂的作用。

4　结论

（1）几种岩石矿物吸附的基本情况是：随着初始浓度的增加，吸附量逐渐增大；表面活性剂在石英砂上的吸附量均不超过1 mg/g，在石英砂上的吸附量比较小。

（2）不同浓度的表面活性剂在储层砂上的静态吸附量均随浸泡时间的延长而增加，且前24 h吸附量增加较快，24 h后吸附量增加相对缓慢。

（3）沙7净砂对SHSA-01的吸附随着SHSA-01质量浓度的增加，其在净砂上的吸附量不断增加，储层中黏土矿物的含量决定了表面活性剂的吸附程度。

（4）矿化度增加，0.3%SHSA-01在净砂上吸附量增大。

（5）聚合物的加入有利于降低SHSA-01在矿物及净砂的吸附损失。

［1］张继芬，赵明国.提高石油采收率基础［M］.北京：石油工业出版社，2007.

［2］杨承志，韩大匡.化学驱油理论与实践［M］.北京：石油工业出版社，1996.

［3］Somusundurun P，Shrolri S，Huung L.Thermodynamics of adsorption of surfactants atsolid-I iquid interface［J］.Pure and Applied Chermistry，1998，70（3）:621-626.

［4］毛宏志，李干佐，徐桂英，等.天然混合羧酸（盐）复合驱油体系静态吸附的研究［J］.日用化学工业，1997，（2）：9-11.

［5］李道山，侯吉瑞，徐瑞娟.三元复合驱油液各组分在大庆油砂上的吸附研究［J］.油田化学，2001，18（4）：358-361.

The static adsorption research of anion/nonionic surfactant

YU Xiaoling
（Petroleum Engineering Technological Research Institute of Jiangsu Oilfield Company，Yangzhou Jiangsu 225009，China）

The static adsorption law of anion/nonionic surfactant SHSA-01 on oil sand in S7 block and mineral have been developed.According to the ultraviolet spectrophotometric method，we have determined the concentration of solution before adsorption or after.The results showed that the static adsorptive capacity on silica sands was 0.813 mg/g at most.The adsorption degree of SHSA-01 on 5 kinds of mineral powder is as follows，silica sand＜potassium feldspar＜calcspar＜glimmerton＜chlorite.The content of clay mineral in reservoir determined the degree of the adsorption.The higher concentration of SHSA-01 in Sha-7 block，the more adsorption.High sality，and otherwise low absorption.More steeping time，high adsorption，the balance time is 24 h.It's benefit to reduce the absorption for adding the polymer 62210，and reduced a great degree.

anion/nonionic surfactant；ultraviolet spectrophotometry；oil sand；mineral；absorption

O647.31

A

1673-5285（2016）10-0130-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.10.030

2016－07-26

余晓玲（1981-），江苏省扬州市人，工程师，硕士学位，2008年毕业于西南石油大学油气田开发专业，主要从事提高采收率技术工作，邮箱：yuxiaoling.jsyt@sinopec.com。