盐化工中阴离子双子表面活性剂溶液的黏度及流变性研究

李骏

摘  要：随着NaCl和苯甲酸钠浓度的增大，溶液的黏度均降低。同时NaCl和KCl、苯甲酸钠和乙酸钠都不具备协同增黏效应。用NaCl和KCl浓度的增加，溶液的油水界面张力增加，然后再下降，和KCl的效果更显著。苯甲酸钠和乙酸钠将提高溶液的油水界面张力。当浓度为0.5%时，溶液的油水界面张力达到0.605mN/m和0.901mN/m，溶液的界面张力不能保持在超低水平。

关键词：粘弹流体;阴离子表面活性剂;黏度;粘弹性

1背景技术

1.1 发展趋势

目前研究者对于阴离子双子表面活性剂的研究仍处于起步阶段，更多的研究尚集中于阳离子双子表面活性剂上。而阴离子双子表面活性剂在一些方面更具优势，它可以降低活性剂在地层的吸附损失及减小对储层渗透率的伤害，同时它对Ca2+、高矿化度环境的适应性更好。同时双子表面活性剂在三次采油领域有着广泛的应用前景，保持低的界面张力是提升采收率额重要方法，随着活性剂的加入，溶液界面张力呈现先下降后上升的趋势;双子表面活性剂结构中碳链所含碳原子数越少，其界面活性剂越低;向活性剂溶液中加入无机盐，如NaCl，可有效降低油水界面张力。研究发现，无机盐对溶液黏度的影响与其的加量有关，如NH4Cl等在和合理的加量范围内会提高溶液的黏度。未来研究更趋向于在保证粘弹性表面活性剂黏度的条件下，并且在高盐和高温情况下，更大程度地降低界面能，达到更低的界面张力下，更多提高采收率的目的。据此，本论文将着重探讨有机盐（氯化钠、氯化钾）、无机盐（苯甲酸钠、乙酸钠）对阴离子双子表面活性剂黏度、粘弹性、油水界面张力的影响。

1.2粘弹性流体

粘弹性流体是粘弹性体的分支，具有和粘弹性体类似的性质，粘弹性流体是一类既具有粘性也具有弹性的特殊流体。在定长剪切流场中，粘弹性流体在外力的作用下会发生流动和形变，当撤掉外力后，这种流体会部分恢复或者随时间恢复。粘弹性流体具有流变性，且比较复杂，逐渐成为石油领域的研究热点。与牛顿流体相比，粘弹性流体具有独特的流变现象，如爬杆现象、挤出胀大现象、通信套管轴向流动现象、虹吸现象等。

2 双子表面活性剂的分子结构及分类

2.1双子表面活性剂概述

表面活性剂具有亲水亲油的双亲性质，是一种两亲物质，其分子在溶液表面能定向排列，分子由亲水基团和亲油基团构成。因此活性剂表现出了显著的两亲性，它既可以溶于极性溶剂，也可以溶于表现出非极性的油相中。向水溶液中加入少量表面活性剂就可以显著降低溶液体系的表面张力或油水（液相）界面张力。表面活性剂有许多特性，只有其分子中的亲水亲油比达到合适的比值才会表现出优良性能，因而受到广泛关注，近些年来得到迅速发展。

2.2双子表面活性剂的分子结构

双子表面活性剂通常被称之为双生表面活性剂以及孪连表面活性剂等等，双子表明 活性剂是一种具有低聚合特征的新型活性剂，也被称之为Gemini表面活性剂。在双子表面活性剂分子结构中，含有两个疏水基（疏水链）和两个亲水基（近亲水基），它们通过桥连基连接在一起后形成桥联基团。传统型表面活性的单元结构是由一个亲水基和一个疏水基组成的单链结构，相比而言，Gemini表面活性剂的单元结构含有通过化学键连接在一起的两个或两个以上的双亲性分子的离子头基，并且桥连基的介入使亲水头基之间连接的更加紧密，加大了疏水碳链之间的分子作用力，降低了活性剂亲水基之间存在的排斥作用，由此可使活性剂具有更优良的性能。双子表面活性剂近年来已然成为国际上相关领域中应用较为广泛的类型，作为一种新型活性剂，其成功研发和应用使界面具有更好的性能，将油水界面张力控制在超低水平，由于这种新型活性剂具有两个亲水基团，因而具有更高的表面活性，同时相较于传统的表面活性剂而言，有着很低的Kraff（克拉夫特）点，较强的增溶作用和优良的乳化性、耐温抗盐性能，在石油领域尤其是三次采油等方面有着很广阔的应用前景，因其特殊的分子结构和许多优异的性能，具有很高的应用潜力，也被称作“二十一世纪的表面活性剂”。

2.3双子表面活性剂的分類

从分子结构上看，双子表面活性剂可视为有两个单链表明活性剂通过桥联集团连接的聚集体，根据其带的电荷种类和电荷的亲水基团，可分为Gemini阳离子型表面活性剂、Gemini阴离子以及两性型表面活性剂等多种类型。其中，阳离子型表面活性剂就是其分子结构中含有阳离子亲水基团的活性剂，在水溶液中解离时生成的表面活性剂离子带正电荷，如铵盐、季铵盐型和季鏻盐型等;阴离子型表面活性剂就是其分子结构中的亲水基团由多种不同的阴离子集团构成，常见的这类活性剂包含磺酸盐型、羧酸盐型（在水中能够电离出羧酸负离子）、磷酸盐型、硫酸盐脂型等。阴离子型表面活性剂在表面活性剂工业中发展最早，而且是产量最大品种最多的一类;非离子型表面活性剂在水溶液中不电离，即其分子在水溶液中不带电性，受水中的矿化度影响比较，因而具有较稳定的物理性质，其亲水性基团主要由一定数量的醚基和羟基等集团组成，两性表明活性剂分子结构中含有两类不同类型的亲水基团，即亲水基团还有两种不同电荷，在水中由于酸碱度的不同可以表现出两种类型的电荷;由于疏水链的种类不同，两性表面活性剂的种类较为丰富。它可以制备高效乳化剂，在超低的浓度下表现出很高的洗涤效率。

3 双子表面活性剂结构对其性能影响的研究进展

表面活性剂最早被用于制作洗涤液，后来随着产品商业化的逐步发展，人类科学技术的日益提高，现在已经广泛应用于化工、能源、食品、纺织、皮革等行业，许多行业都离不开表面活性剂，因此其享有“工业味精”的称号。人们对表面活性剂的研究始于上世纪七十年代，在上世纪七十年代初期，国外学者Buton等在实验室中合成了Gemini表面活性剂，并将其作为有机化学反应的催化剂，并研究了其分子结构中联结基团对自身性能的影响。

温度对大多数表面活性剂的溶解度有着不可忽略的影响，离子型表面膜活性剂溶解度的转折点称为Kraff点，非离子型表面活性剂溶解度转折点称为浊点。王楷燕等以异构十三醇聚氧乙烯醚、顺酐、丁二醇和亚硫酸氢钠为原料合成4种阴-非离子双子星座表面活性剂，并研究了温度和表面张力之间的相关性。研究结果发现，双子表面活性剂分子结构中如果含有异构的烷基、聚醚链段以及双子星座的结构，水溶液的表面张力会得到显著降低。

4  总结

研究得出了助剂对优选低界面张力粘弹流体增粘剂GC18-2-18粘度及界面活性的影响结论：KCl浓度变化对GC18-2-18溶液粘度影响不明显;增大NaCl、Na2CO3浓度，GC18-2-18溶液粘度均快速下降;苯甲酸钠与乙酸钠对GC18-2-18也不具备协同增粘作用。KCl、Na2CO3加量变化对其界面张力影响明显，溶液处于低界面张力范围（<3×10-2mN/m），含盐量高于0.3%后，界面张力可达超低;随苯甲酸钠、乙酸钠浓度增大，GC18-2-18溶液油水界面张力均增大，当加入浓度为0.5%时，溶液无法满足低界面张力要求。

参考文献

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