驱油阴/两性表面活性剂复配体系协同效应研究

孙明

摘 要：针对某油藏A区块，利用阴离子/两性表面活性剂的协同作用，进而达到油水超低界面张力，且两性表面活性剂十二烷基甜菜碱在浓度为0.1%～0.5%的范围内，降低油水界面张力的效果达到10-2 mN/m数量级，在加入阴离子表面活性剂的条件下，复配体系可以使油水界面张力达到超低界面张力。通过探讨表面活性剂的总浓度以及复配比对油水界面张力的影响，最终得到阴离子/两性表面活性剂复配体系可在较高矿化度和较低的浓度（0.4%）范围内达到10-3 mN/m的超低界面张力，并在此基础上对两者的协同作用进行分析。

关 键 词：阴离子表面活性剂；两性表面活性剂；协同效应；超低界面张力

中图分类号：TQ 423 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2017）07-1329-04

Synergetic Effect of Anionic/Amphoteric

Surfactants Complex System for Oil Displacement

SUN Ming

（Offshore Oil Extraction Plant of Sinopec Shengli Oilfiled Company， Shandong Dongying 257237， China）

Abstract： The synergistic effect of anionic/amphoteric surfactants was used in A reservoir to achieve ultra-low interfacial tension of oil and water. And the concentration of the amphoteric surfactant dodecyl betaine was in the range of 0.1% to 0.5%， the effect of reducing the interfacial tension of oil and water reached to 10-2 mN/m magnitude order， in the case of adding anionic surfactants， the complex system achieved ultra-low interfacial tension of oil and water. The effect of the total concentration of surfactants and the compound ratio on the interfacial tension of oil and water was studied. The synergistic effect of two kinds of surfactant was analyzed. The results show that the anionic/amphoteric surfactant complex system can be used under high salinity and low concentration （0.4%） to achieve 10-3 mN/m ultra-low interfacial tension.

Key words： Anionic surfactant； Amphoteric surfactant； Synergistic effect； Ultra low interfacial tension

阴离子表面活性剂是三次采油中表面活性剂驱油最常用到的表面活性剂，其最典型的阴离子表面活性剂类型以石油磺酸盐[1]为代表，其较低的界面张力、较高的增溶参数、和价格低廉等优点，是迄今为止室内研究和矿场实验应用中采用最多的表面活性剂[2]。早在20世纪20年代，De Groot就在实验室证明了用浓度为25～1 000 mg/L的多环磺化物可以提高驱油效率[3]。国外的产品大都是烷基芳基磺酸盐的混合物，它降低界面张力的效果较好，具有更好的洗油效率，减少表面活性剂在岩层的吸附，增溶、抗盐、耐温的一种新型驱油超级表面活性剂等优点，因此被人们广泛地关注。虽然石油磺酸盐在实验过程中的驱油效果比较显著，发展的前景较广阔，然而在实验中也有一定的局限性，主要表现耐盐性差，性能不稳定，易被粘土表面吸附，导致消耗量大，与一些聚合物混合后容易产絮凝形成沉淀物等缺点。

两性表面活性剂在三次采油中常与其它表面活性剂进行复配使用[4]，以此来达到较好的驱油效果。其中两性表面活性剂主要的类型有甜菜碱型、氨基酸型、咪唑啉型[5]等。两性表面活性剂主要适用于高矿化度、较高温度的油藏，且能大大降低非离子与阴离子表面活性剂复配时所产生的的色谱分离效应，而甜菜碱型两性表面活性剂在三次采油中[6]为最常用的活性剂类型。

尽管表面活性剂单剂具有一定的降低油水界面张力的效果，但是绝大多数情况下，表面活性剂单剂很难将油水界面张力达到较低的水平，实验室条件下测定表面活性剂单剂与原油的界面张力，基本可将界面张力达到10-2 mN/m数量级。而常规表面活性剂驱油对于表面活性劑性能最重要的要求就是其界面活性必须高，且降低油水界面张力达到10-3 mN/m水平。因此，需要将表面活性剂进行复配使用，而复配后的表面活性剂往往具有单一表面活性剂所不具备的优良性能，其降低油水界面张力的效果也比单一表面活性剂的效果好。

复配后的表面活性剂驱油体系之所以具有较高的界面活性，其主要原因是两种表面活性剂复配后，其分子间会具有强烈的相互作用，形成一种络合物，其表面活性要比各自单独使用要优越的多。因而两者复配后具有较好的协同作用，在充分发挥各自优势的条件下，由于分子间的相互作用也使得复配后的界面活性高，最终达到大幅度降低油水界面张力的作用。

油藏在经过水驱采油后，仍有相当一部分原油在地层中无法被采出，由于油藏地层水矿化度较高，且温度也相对较高。若要采用表面活性剂驱油，普通单一表面活性剂很难满足复杂的油藏条件，因此需要考虑将表面活性剂进行复配使用，以期达到较好的协同增效作用。已知A区块地层水矿化度为

56 000 mg/L，地层温度为60 ℃，在经历水驱采油后，需要利用表面活性剂驱油将地层原油采出，由于地层水矿化度相对较高，因此只能考虑使用具有耐盐性的两性表面活性剂再室内进行实验。

1 实验部分

1.1 实验材料

电子分析天平、十二烷基甜菜碱（C12BE，活性物含量35%）、模拟地层水、石油磺酸盐A、TX500C旋转滴界面张力仪、A区块地面脱气原油。

1.2 不同浓度表面活性剂溶液配制

由于两性表面活性剂具有一定的耐盐性，因此在高矿化度下其与地层水具有较好的溶解性，因此可直接用模拟地层水进行配制不同浓度的表面活性剂溶液，分别称取质量为0.1～0.8 g的十二烷基甜菜碱（C12BE）分别放入100 mL容量瓶中加入模拟地层水，配制成浓度为0.1%～0.5%的表面活性剂溶液，并做标记备用。

称取5 g石油磺酸盐A配制成成浓度为5%的溶液待用，称取5 g十二烷基甜菜碱（C12BE）配制成5%的溶液待用。

由图可以看出，十二烷基甜菜碱（C12BE）表面活性剂单剂浓度在0.1%～0.5%范圍内具有一定的界面活性，能够达到降低油水界面张力的作用，但是降低油水界面张力的水平较低，且降低界面张力的效果不明显，基本维持在10-2 mN/m的数量级。虽然十二烷基甜菜碱（C12BE）分子结构中同时带有羟基的阴离子和阳离子基团，且具有一定的耐盐性，但在单独使用时，其界面活性无法达到驱油剂降低界面张力达10-3 mN/m数量级的要求，因此其界面活性相对较低，需要考察将其与其它表面活性剂复配使用，以期达到较好的降低油水界面张力的作用。

1.4 阴离子/两性表面活性剂复配体系与原油间的界面张力

单一表面活性剂无法将油水界面张力达到超低的水平，因此需要考虑将不同的表面活性剂按照不同的比例进行复配使用，以达到充分发挥各种表面活性剂优势的目的，从而达到进一步降低油水界面张力的效果。石油磺酸盐具有较高的界面活性，且具有耐高温的特点，此外甜菜碱（C12BE）两性表面活性剂具有耐盐的特性。因此可以考虑将两者进行复配使用，通过控制复配比测定不同复配比下表面活性剂混合溶液于原油的界面张力值，进而筛选出具有较好协同作用的表面活性剂复配体系。石油磺酸盐A/十二烷基甜菜碱（C12BE）复配筛选主要包括以下几个方面：

（1）石油磺酸盐A/ C12BE=1∶9，表面活性剂总浓度为0.1%～0.8%，温度为60 ℃时测定此条件下复配体系与原油的界面张力值；

（2）石油磺酸盐A/ C12BE=1∶5，表面活性剂总浓度为0.1%～0.8%，温度为60 ℃时测定此条件下复配体系与原油的界面张力值；

（3）石油磺酸盐A/ C12BE=1∶4，表面活性剂总浓度为0.1%～0.8%，温度为60 ℃时测定此条件下复配体系与原油的界面张力值；

（4）石油磺酸盐A/ C12BE=1∶2，表面活性剂总浓度为0.1%～0.8%，温度为60 ℃时测定此条件下复配体系与原油的界面张力值。

1.4.1 石油磺酸盐A/ C12BE=1∶9与原油界面张力

通过计算后，用移液管取一定量5%的石油磺酸盐A和5%十二烷基甜菜碱（C12BE）配制成表面活性剂总浓度为0.1%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的混合溶液，在实验室条件下用界面张力仪测定5组不同浓度的表面活性剂复配体系与原油的界面张力值，所得结果如表1所示。

通过表1可知，当石油磺酸盐A/ C12BE=1∶9时，界面张力值总体的变化趋势为先减小后增大，且随着时间的增加界面张力值的下降较为明显，但界面张力值仅维持在10-2 mN/m水平，二者复配虽然具有一定的协同作用，但是分子内部相互作用的效果不明显，因而界面活性不高，最终使得界面中张力值在10-2 mN/m数量级。

1.4.2 石油磺酸盐A/ C12BE=1∶5与原油界面张力

取一定量的两种表面活性剂母液，配制成浓度为0.1、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的混合溶液，在实验室条件下用界面张力仪测定5组不同浓度的表面活性剂复配体系与原油的界面张力值，所得结果如表2所示。

由表2可以看出，当石油磺酸盐A/ C12BE=1∶5，表面活性剂总浓度为0.1%～0.8%时，油水界面张力值先下降后上升，二者复配具有一定的协同作用，但是降低油水界面张力的效果不够明显，界面张力值维持在10-2 mN/m的水平。因此可知，两者复配比为1∶5时，协同作用不明显，界面活性不高，最终使得油水界面张力值在较低水平。

1.4.3 石油磺酸盐A/ C12BE=1∶4与原油界面张力

取一定量的两种表面活性剂母液，配制成浓度为0.1、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的混合溶液，在实验室条件下用界面张力仪测定5组不同浓度的表面活性剂复配体系与原油的界面张力值，所得结果如表3所示。

从表3可以看出，石油磺酸盐A/ C12BE=1∶4时，界面张力值的变化为先减小后增大，当活性剂总浓度为0.4%时，界面张力值达到最低为7.30×10-3 mN/m，达到了超低界面张力的水平，说明此时二者复配后分子内相互作用较强，而且具有较好的协同作用，充分发挥了各自的优势，界面活性最高，最终使得油水界面张力值达到超低界面张力。实验过程中油滴的变化趋势为先为球形，随着时间的延长界面张力值的下降，油滴也逐渐由球形变为椭圆，由于时间的延长和界面张力值的持续下降，油滴由椭圆形逐渐拉伸变成细长的长条状，当界面张力值维持在超低界面张力稳定时，此时拉伸的油滴形状基本不变，达到了动态平衡状态。

1.4.4 石油磺酸盐A/ C12BE=1∶2与原油界面张力

取一定量的两种表面活性剂母液，配制成浓度为0.1、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的混合溶液，在实验室条件下用界面张力仪测定5组不同浓度的表面活性剂复配体系与原油的界面张力值，所得结果如表4所示。

由表4可知，石油磺酸盐A/ C12BE=1∶2时，界面张力值的变化趋势为总体先下降后稍微有所上升。界面张力值维持在10-2mN/m数量级，说明二者在复配比为1∶2时，分子之间相互作用不够强烈，无法保持较高的界面活性，界面张力值最低为0.028 5 mN/m，没有达到超低界面张力值，实验过程中界面张力仪屏幕所显示的油滴变化基本为球形，没有明显的拉伸变长的现象。

2 结 论

本文對阴离子/两性表面活性剂的复配借助界面张力仪测定不同复配比不同活性剂总浓度下与原油的界面张力值，通过界面张力值的大小表征二者复配协同作用的强弱。通过以上实验可以得到以下结论：

（1）单一表面活性剂虽然具有一定的优良特性，但其降低油水界面张力的能力无法达到超低界面张力的水平；

（2）采用阴离子表面活性剂界面活性高及两性表面活性剂耐温耐盐的特点进行复配使用，通过改变复配比及表面活性剂的浓度，测定其与原油间的界面张力，最终可以筛选出适宜的表面活性剂复配体系；

（3）本文针对A区块油藏的特点通过利用阴离子和两性表面活性剂的优点通过复配及控制复配比和活性剂总浓度最终得到了适宜该区块的表面活性剂复配体系即石油磺酸盐A/ C12BE=1∶4，活性剂总浓度为0.4%。该配方可使得油水界面张力值达到超低界面张力（7.30×10-3 mN/m）的水平。

（4）界面张力值的大小可以表征阴离子与两性表面活性剂复配后二者协同作用的强弱，间接的说明了二者分子之间的相互作用，其相互作用的结果使得界面活性有所变化，若相互作用的结果使得界面活性变高，则说明二者复配后协同效应较好，其可能的原因是阴离子表面活性剂电子键的负电荷与两性表面活性剂离子键的正电荷之间的相互作用形成络合物，使得其界面活性升高，cmc（临界胶束浓度）降低，此时两者具有很好的协同效应。

参考文献：

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