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非-陰離子型醇醚磺酸鹽表面活性劑降低魏崗原油的表面張力（一）
來源：精細石油化工 瀏覽 626 次 發(fā)布時間:2025-06-20
在石油開采領(lǐng)域，堿-表面活性劑-聚合物復合體系常用于提高石油采收率。其中堿的加入可以與石油中的有機酸形成天然表面活性劑，與外來表面活性劑具有較好的協(xié)同作用，但堿的存在也導致了注采系統(tǒng)結(jié)垢、儲層傷害以及產(chǎn)出液處理困難等諸多問題，因此，無堿或弱堿低傷害的表面活性劑驅(qū)油技術(shù)得到了長足發(fā)展[4～5]。非離子及陰離子表面活性劑是石油開采中常用的表面活性劑。在醇醚表面活性劑分子的羥基上引入磺酸基團成為改性的非-陰離子型醇醚磺酸鹽表面活性劑，由于分子結(jié)構(gòu)中含有醚基親水基團(—C2H4O—)和磺酸基團(—SO3Na—)，因而表現(xiàn)出非離子表面活性劑的抗鹽性和磺酸鹽陰離子表面活性劑的抗溫和耐鹽性能，從而擴展了非離子表面活性劑的應用范圍。
近年來，筆者課題組合成了系列非-陰離子混合型表面活性劑并對其性能進行了研究[6-9]，脂肪醇醚(EO6)磺酸鹽與非離子表面活性劑的復配體系在鹽水介質(zhì)中與臨盤原油的界面張力達到10-3mN/m數(shù)量級，體現(xiàn)出較高的驅(qū)油效率。根據(jù)表面活性劑與烷烴界面張力模型理論，在研究表面活性劑結(jié)構(gòu)對最小界面張力的烷烴碳數(shù)的影響時發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生最小界面張力所需的表面活性劑分子中烷烴碳數(shù)隨著原油等效烷烴碳數(shù)的增加而增加[10]。也就是說原油等效烷烴碳數(shù)越高，就要適當提高表面活性劑的疏水性達到提高界面活性的目的。因此，為提高驅(qū)油效率，通常要根據(jù)原油屬性及等效烷烴碳數(shù)來選取適當碳鏈長度的表面活性劑。本文針對高凝、高蠟含量魏崗原油的特點，并考慮到過長碳鏈數(shù)表面活性劑的溶解性差的問題，以低醚化十六醇的磺化改性物與酰胺非離子表面活性劑進行復配，通過研究表面活性劑之間相互作用，探討二者之間降低表/界面張力上的協(xié)同作用，得到了適用于聚合物/表面活性劑二元復合驅(qū)的低界面張力體系。
1實驗部分
1.1實驗材料
聚丙烯酰胺(HPAM)，水解度10%，相對分子質(zhì)量1.8×107，河南油田。十六醇醚(EO3)磺酸鹽(AEO3S)，參照文獻[8]合成；月桂酸烷醇酰胺(LDA)，參照文獻[11-12]合成及純化。
Delta-8全自動高通量表面張力儀，芬蘭Kibron公司；TX500C界面張力儀，美國科諾工業(yè)有限公司。
1.2實驗方法
1.2.1表面張力及臨界膠束濃度
通常采用吊片法測定表面活性劑溶液的表面張力。將提純后的表面活性劑用模擬地層礦化水配成質(zhì)量濃度為0.001～0.3%的溶液，根據(jù)表面張力與質(zhì)量濃度關(guān)系曲線的轉(zhuǎn)折點確定臨界膠束濃度(CMC)，得到CMC時的表面張力(γCMC)。根據(jù)表面活性劑相對分子質(zhì)量可以計算出以摩爾濃度(mol/L)為單位表示的CMC。
復合表面活性劑溶液的CMC測定：將單一表面活性劑分別配成高濃度的表面活性劑溶液，按照不同質(zhì)量配比混合，再用礦化水稀釋到系列濃度的表面活性劑溶液，測定溶液的表面張力，通過表面活性劑溶液濃度與表面張力的關(guān)系曲線得到混合表面活性劑溶液的CMC。
1.2.2界面張力測定
傳統(tǒng)的滴重法和懸滴法只能測量較高界面張力的值。本文采用Delta-8全自動高通量表面張力儀，具有方法簡單、迅速、可靠的特點。用地層水配置一定濃度的表面活性劑溶液，以魏崗原油為內(nèi)相在70℃測定表面活性劑溶液與原油間的平衡界面張力。
2結(jié)果與討論
2.1混合表面活性劑的CMC與表面張力
在25℃測試了AEO3S和烷醇酰胺LDA表面活性劑及其在不同質(zhì)量配比下溶液的表面張力，實驗結(jié)果見圖1。根據(jù)相對分子質(zhì)量計算出表面活性劑AEO3S的摩爾分數(shù)(αAEO3S)。由圖1中濃度與表面張力的關(guān)系得到溶液的CMC及對應濃度下的表面張力，實驗結(jié)果見表1。
圖1 AEO3S/LDA不同復配比的表面張力
表1不同配比下表面活性劑溶液的CMC及表面張力
從圖1可知，隨著表面活性劑濃度的增加，表面張力逐漸降低，當濃度增加到一定程度后表面張力變化趨于穩(wěn)定并出現(xiàn)一平臺，曲線轉(zhuǎn)折點就是表面活性劑的臨界膠束濃度(CMC)。由表1可知，AEO3S和LDA的CMC分別為0.13和0.26 mmol/L，對應濃度下的表面張力分別為37.3和30.25 mN/m。當兩種表面活性劑混合后隨著AEO3S的含量提高，溶液的CMC比具有低CMC值的表面活性劑AEO3S還要低。在m(AEOS)∶m(LDA)=2∶3～4∶1時，混合溶液的CMC在0.100～0.115 mmol/L，也就是說AEO3S在溶液中的質(zhì)量分數(shù)為40%～80%時混合溶液的CMC均較單一表面活性劑溶液的CMC低，這一結(jié)果表明AEO3S和LDA在比較大的混合比范圍內(nèi)均易于形成混合膠束，在較低表面活性劑的濃度時就可以達到較高的表面活性。另外，含有33%～66%AEO3S的混合溶液的表面張力較低，為29.4～30.2 mN/m，這是因為非離子表面活性劑分子與磺酸鹽表面活性劑的穿插排列使得表面活性劑分子在空氣/水界面上排列得更加緊密，導致表面張力下降。