十二烷基二苯醚双磺酸盐界面张力润湿及洗油性能研究yd18426

刘晓臣1，沈宏2，牛金平1，王晓宇1      1.中国日用化学工业研究院，山西太原030001：2.中轻化工股份有限公司，浙江杭州311215)

收稿日期：2013-12-24

基金项目：国家科技支撑计划(2014BAE03B01)

作者简介：刘晓臣(1985-)，男，山西昔阳人，工程师，硕士研究生，主要从事表面活性剂的合成及应用研究

通信作者：牛金平。E-mail: njp6611@163.com.

原载：印染助剂2015-4 /11-13,18

 

【摘要】考察了NaC1、CaC1 质量浓度对十二烷基二苯醚双磺酸钠(c MADS)水溶液与液体石蜡间界面张力、在石蜡膜上接触角的影响，并以液体石蜡为模拟油对硅胶进行改性来模拟油藏，进行了洗油率研究.在所考察的无机盐质量浓度范围内(NaCI 50～250g／L，CaCI2 1-10 g／L)，C12MADS水溶液与液体石蜡间界面张力、在石蜡膜上的润湿性变化较小，洗油率比水驱提高5％-10％.

【关键词】 十二烷基二苯醚双磺酸盐；界面张力；润湿；洗油率

【中图分类号】TQ423 文献标识码：A 文章编号：1004-0439(2015)04-0011-03

 

烷基二苯醚双磺酸盐是一类具有双亲水基的阴离子表面活性剂，特殊的分子结构使其具有优异的水溶解性，在强酸、强碱、高浓度无机盐和漂白剂溶液中均有很好的溶解性和稳定性.该类表面活性剂在乳液聚合、低温无磷超浓缩洗衣液、三次采油和土壤净化等方面均有特殊的用途[1],由于烷基二苯醚双磺酸盐

具有优异的高温稳定性，耐电解质能力强，在砂石和粘土上的吸附和沉积量非常小，适用于三次采油和土壤净化等与地质有关的场合，尤其是一些高温、高矿化度的极端油藏.本文研究了NaC1和CaC12质量浓度对十二烷基二苯醚双磺酸钠水溶液与液体石蜡间的界面张力、在石蜡膜上的接触角及模拟洗油率的影响。

1  试验

1.1  试剂与仪器

试剂：十二烷基二苯醚双磺酸钠(自制，分子式如下，活性物含量>99％，为双磺酸钠和单磺酸钠的混合物，其中双磺酸钠Q2MADS质量分数为80％)，硅胶(60-80目，青岛海洋化工有限公司)，液体石蜡、NaC1、CaC12（均为分析纯天津天新精细化工开发中心）.仪器.TX-

500C界面张力仪(美国CNG公司).

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1.2  测试

1.2.1  界面张力

用旋转滴定法测定动态界面张力，油相为液体石蜡，油水未经预平衡.测定条件：旋转速率3 000 r／min，温度(60.0±0.1)℃ .

1.2.2 接触角(θ)

采用光学投影法测定C12MADS溶液在石蜡膜上的接触角.拍照不同时间对应的液滴，用量高法测定表面活性剂水溶液液滴在石蜡膜上的接触角.

1.2.3  模拟洗油率

石蜡改性硅胶的制备：称取质量为m1的硅胶粉末，将质量为m2的液体石蜡用石油醚(沸程30～60 ℃)稀释，将硅胶倒入稀释后的液体石蜡中，浸泡24 h.将装有改性硅胶的烧杯置于水浴锅上加热蒸除石油醚.最后，石蜡改性硅胶在80℃下老化36 h，直至硅胶粉末不再粘结、结块，成松散的颗粒状.

改性硅胶含油量=

m 1

×100％

m 1-m2

洗油率：将移液管底端截去、磨平，用棉花塞住，向管中装入适量的石蜡改性硅胶.将移液管放人装有表面活性剂水溶液的试管中，把试管放入水浴锅中，温度为60℃(试验装置如下).在液体压力和毛细管力的作用下，表面活性剂水溶液向上渗透，改性硅胶表面吸附的油就会被取代而向上运行，最后油都被顶到改

性硅胶粉末的柱顶，形成一段水柱和一段油柱.读出油柱的体积与粉末柱实际含油量比较，求出洗油率[2-3].

洗油率e=

驱替出的油量

×100％

 

改性硅胶吸附的油量

 

 

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2  结果与讨论

2.1  界面张力

固定C12MADS质量浓度为3 g／L，图1、图2分别为NaC1和CaC12质量浓度对其水溶液与液体石蜡间界面张力的影响.

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图1 NaC1质量浓度对动态界面张力的影响

 

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图2 CaC1 质量浓度对动态界面张力的影响

从图1、图2可以看出，随着NaC1或CaC12 质量浓度的增加，体系界面张力达到平衡所需的时间减少，且均在10 min内.原因是无机盐含量增加后，表面活性剂疏水性增加，向界面迁移趋势及速度增加，并且迅速在油水界面达到吸附平衡，界面张力保持不变.

图3为NaC1和CaC1 质量浓度对体系平衡界面张力的影响.

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图3 NaCl和CaC1 质量浓度对平衡界面张力的影响

从图3可知，NaC1及CaC12质量浓度对体系平衡界面张力的影响较小，均在10-1mN／m数量级，且界面张力相差较小.对于传统表面活性剂体系，通常界面张力随NaC1或CaC12质量浓度增加先降低后升高，即在某个质量浓度时，界面张力最低[4].而对于C12MADS，在所研究的无机盐质量浓度范围内，界面张力基本保持不变.这可能是由于C12MADS分子中含有体积较大的二苯醚和2个磺酸基，离子头基附近电荷密度大，无机盐对其作用较小.因此，界面张力对无机盐不敏感；另外，由于分子之间电荷斥力大，表面活性剂在油水界面上排列疏松，疏水链之间、疏水链与油相之间作用弱，从而使得界面张力较高.

界面张力高低与表面活性剂在油水界面上的排列紧密程度相关.对于传统的单亲水头基表面活性剂，Ca2+可以结合2个表面活性剂分子，从而使得表面活性剂分子在界面上排列更加紧密，界面张力明显降低[5].而对于C12 MADS，其钙盐是分子内2个磺酸基与Ca2+结合.因此，其钠盐、钙盐在油水界面处的排列疏松程度基本一致，使得界面张力也基本一致.C 12MADS在油水界面的吸附如图4所示，从中可以看出，Ca2+ 对C.12MADS在界面上的排列影响较小.

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图4 C12MADS在油水界面吸附示意图

2.2  接触角

固定CI2MADS质量浓度为3 g／L，图5、图6分别为NaC1和CaC12质量浓度对C12MADS水溶液在石蜡膜上接触角的影响.

 

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图5 NaC1质量浓度对接触角的影响

从图5和图6可知，在所考察的无机盐质量浓度范围(NaC1 50-250 g／L，CaC12 1～10 g／L)内，C12MADS水溶液在石蜡膜上的接触角变化较小，这说明NaC1和CaC12质量浓度对其影响很小.另外，比较图5和6可知，含CaC12的体系在石蜡膜上的接触角比NaC1略小一些.可能原因是CaC12与C12MADS生成的钙盐表面活性剂亲油性较强，在石蜡膜上更易铺展.

时间／

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图6 CaC12质量浓度对接触角的影响

2-3  模拟洗油率

固定C12MADS质量浓度为3 g／L，表1和表2分别为NaC1和CaC12质量浓度对模拟洗油率的影响.

表1 NaC1质量浓度对模拟洗油率的影响

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表2 CaCI2质量浓度对模拟洗油率的影响

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从表1和表2可知，在所研究的NaC1和CaC12质量浓度范围内，洗油率比水驱(蒸馏水洗油率为46.8％)提高5％～10％.对于亲水油藏，通常认为表面活性剂提高原油采收率是通过降低油水界面张力而增加毛细管数来完成的.但是对于亲油地层，单纯降低油水界面张力反而不利于提高原油采收率，而润湿反转作用具有重要影响[6-8].虽然C12MADS水溶液与石蜡的界面张力未达到超低（＜10-2mN／m)，但仍可以将油驱出，这可能是润湿反转的作用.

3  结论

 (1) NaC1和CaC12质量浓度对C12MADS水溶液与石蜡间界面张力、在石蜡膜上的接触角影响较小.

(2) 在油水界面张力远非超低(仅为10-1mN／m数量级)的情况下，C12MADS仍可以将油驱出，洗油率较水驱提高5％-10％。

参考文献：

[l]刘晓臣，牛金平.烷基二苯醚双磺酸盐的合成及应用研究进展[JI日用化学品科学，2012，35(9)：35-38.

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