高效表面活性剂研究

2018-06-15崔丹丹

石油化工应用 2018年5期

崔丹丹，李辉

（中国石油大港油田采油工艺研究院，天津 300280）

室内研究发现单纯的石油磺酸盐在降低界面张力及乳化方面效果稍差[1]，而非离子表面活性剂，降低界面张力能力较强，但与原油的配伍性稍差，洗油效率较低。将二者复配使用可确保性能指标满足现场应用需求。因此室内优选石油磺酸盐表活剂BHS-01及非离子表活剂DWS-03，按照不同比例进行复配，得到命名为DPS的系列表面活性剂，并将该系列表面活性剂特性与单纯石油磺酸盐对比研究，分析其与原油的匹配性。

1 实验部分

1.1 实验药品及仪器

药品：DPS（表面活性剂，有效含量为40%），240-340（表面活性剂，有效含量为 40%），340-520（表面活性剂，有效含量为40%），大港油田港西三区注入水，大港油田西新6-8-2井脱水原油。

仪器：TX500C界面张力仪；接触角测定仪。

实验温度：53℃。

1.2 实验方法

1.2.1 CMC测定 CMC值为表面活性剂的临界胶束浓度，当表面活性剂溶液开始形成胶束时，溶液的许多物理性质（如蒸汽压、界面张力、电导率以及渗透压等）将发生突变。研究CMC值可确定表面活性剂降低界面张力能力。

测试原理：在表面活性剂浓度较低时，随着浓度的增加，溶液的表面/界面张力急剧下降，当达到临界胶束浓度时，表面/界面张力的下降则会很缓慢。以表面/界面张力对浓度作图，曲线的转折点就是CMC值。如果表面活性剂不纯，溶液中含有高表面活性的物质（如醇类、胺类、脂肪酸类等），溶液的表面/界面张力-浓度曲线上的转折可能变得不明显，但仍然会出现一个最低值。这是鉴定表面活性剂浓度的方法之一[2]。港西三区注入水配制不同浓度表活剂溶液，按照标准SY/T 6424-2000中第4章的测定方法测定。

实验采用港西三区现场注入水配制不同浓度表面活性剂溶液，用界面张力仪在53℃条件下测定与原油（西新6-8-2井）的界面张力。

1.2.2 HLB值测定 HLB值（Hydrophile-Lipophile Balance Number）称亲水疏水平衡值。一种性能好的表面活性剂要求有合适的HLB值，在水相和油相中的溶解度都小，主要存在于相界面上，充分发挥表面活性剂降低界面张力的作用。

HLB值的测定采用乳化法，乳化法的原理是用表面活性剂来乳化油相介质，当表面活性剂的HLB值与油相介质所需的HLB值相同时，生成的乳液稳定性最好。对于一般的水性表面活性剂，可以使用松节油（所需HLB值16）和棉籽油（所需HLB值为6）配制一系列需要不同HLB值的油相，每15份油相中加入5份待测表面活性剂，然后加入80份水，搅拌乳化，其中稳定性最好的试样中油相所需的HLB值就是表面活性剂的HLB值。对于油性表面活性剂，可以固定油相为棉籽油[3]。

实验用水为港西三区注入水，实验方案（见表1、表2），如实验方案所述，将松节油和棉籽油按照不同的比例调配成不同HLB值的油相，搅拌均匀待用，将表面活性剂按照表2中的投料比配制混合溶液，将试样用高速搅拌仪搅拌2 min，然后静止一段时间，观察乳状液的分水率，根据分水率判断乳状液的稳定性，乳化效果最好的即为所测表面活性剂的HLB值。测原油形成O/W乳状液时的HLB值，基本类似于测表面活性剂HLB值的步骤。唯一不同的在于测原油是配制不同HLB值的表面活性剂，而测表面活性剂HLB值需要配制不同HLB值的油相。

表1 3种表面活性剂HLB值测定方案

表2 原油的HLB值（O/W型乳状液）

1.2.3 润湿性测定实验选用接触角法测试表面活性剂对润湿性的影响。为了模拟油藏的原始亲油性，用硅油高温处理载玻片，使载玻片变为亲油性，然后将硅油处理过的载玻片浸泡在3种表面活性剂溶液中，在不同的时间点测试纯水在载玻片上的接触角，从而研究3种表面活性剂对润湿性的影响。实验方案（见表3）。

表3 实验方案

2 结果与讨论

2.1 表面活性剂CMC值研究

表面活性剂对比了3种不同类型的石油磺酸盐，分别为 DPS、240-340、340-520，实验结果（见图1）。

由图1可知，DPS表面活性剂的CMC值为0.1%，240-340磺化段表面活性剂CMC值为0.35%，340-520表面活性剂的CMC值为0.35%，几种表面活性剂中，只有DPS表面活性剂的界面张力能达到超低（10-3mN/m），其形成胶束浓度最低，降低界面张力能力最强。

2.2 表面活性剂HLB值研究

实验结果（见表4、表5）。从表中可以得知，240-340磺化段表面活性剂的HLB值为14，340-520磺化段表面活性剂的HLB值为16，DPS表面活性剂的HLB值为12，而原油形成O/W乳状液的HLB值为10。表面活性剂的HLB值越大，越亲水，反之，则亲油性越强。一种好的表面活性剂要求有合适的HLB值，在水相和油相中的溶解度都小，主要存在于相界面上，充分发挥表面活性剂降低界面张力的作用。从实验结果看，几种表面活性剂都是亲水性的，DPS的亲水性略弱一些。油相和表面活性剂的HLB值相近时，乳化效果最好。原油形成O/W乳状液的HLB值为10，故几种表面活性剂中，DPS对原油的乳化效果最好。

图1 不同表面活性剂降低界面张力曲线

表4 表面活性剂HLB值测试结果

表5 港西三区原油HLB值（O/W型）

表6 载玻片在DPS表面活性剂中的接触角（单位：°）

表7 载玻片在240-340表面活性剂中接触角（单位：°）

表8 载玻片在340-520表面活性剂中接触角（单位：°）

2.3 表面活性剂的润湿性

润湿性是指固体表面上的气体被水或水溶液等液体所取代，润湿作用是一种界面或表面过程。在油气田开发中，润湿性是影响驱油效率的重要因素，利用表面活性剂将亲油油藏转变为亲水油藏，从而提高采收率。

实验结果（见表6～表8）。从表中可以看出，随着时间的推移，载玻片由亲油变为亲水（载玻片的接触角都越变越小），大多数体系在第4天后的接触角变化都比较小，在第4天基本处于一种平衡状态。随着表面活性剂浓度的增加，载玻片接触角变小，但变化不是很大。在3种表面活性剂中，第7天后，DPS系列表面活性剂浸泡的载玻片的接触角最小，说明DPS表面活性剂改变润湿性的效果最好。表面活性剂改变润湿性的机理如下：亲油固体（因油湿性物质吸附而亲油）的润湿性先取决于其上油湿性物质的脱附，然后取决于其上表面活性剂分子的吸附。