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高鹽油藏下兩性/陰離子表面活性劑協(xié)同獲得油水超低界面張力的方法（一）
來源：物理化學(xué)學(xué)報 瀏覽 166 次 發(fā)布時間:2024-12-03
研究了在高鹽油藏中，利用兩性/陰離子表面活性劑的協(xié)同效應(yīng)獲得油水超低界面張力的方法。兩性表面活性劑十六烷基磺基甜菜堿與高鹽礦化水具有很好的相容性，但在表面活性劑濃度為0.07%-0.39%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）范圍內(nèi)僅能使油水界面張力達(dá)到10-2mN·m-1量級，加入陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉后則可與原油達(dá)到超低界面張力。通過探討表面活性劑總濃度、金屬離子濃度、復(fù)配比例對油水動態(tài)界面張力的影響，發(fā)現(xiàn)兩性/陰離子表面活性劑混合體系可以在高礦化度、低濃度和0.04%-0.37%的寬濃度范圍下獲得10-5mN·m-1量級的超低界面張力，并分析了兩性/陰離子表面活性劑間協(xié)同獲得超低界面張力的機(jī)制。
1、引言
能源是人類社會賴以存在和發(fā)展的基礎(chǔ)。石油需求預(yù)計會以平均每年0.9%的速度增長，從2008年的8500萬桶/天增長到2030年的1.05億桶/天。這要求我們不僅要發(fā)現(xiàn)更多的原油儲量，還要依靠現(xiàn)有油田的高效開發(fā)來維持原油供應(yīng)。油田利用天然能量或者注水、注氣補充地層能量進(jìn)行開發(fā)的原油采收率最高只能達(dá)到40%,也就是說，60%以上儲量的原油仍然滯留在地層中，因此，強(qiáng)化采油技術(shù)在油田的開發(fā)應(yīng)用勢在必行。在各種強(qiáng)化采油技術(shù)中，化學(xué)驅(qū)是我國油田進(jìn)一步提高采收率的主要措施之一。大慶油田聚合物驅(qū)可在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高原油采收率10%以上，已經(jīng)由先導(dǎo)性礦場試驗邁入大規(guī)模工業(yè)性商業(yè)階段，年增油量達(dá)到1000萬噸以上；復(fù)合驅(qū)技術(shù)綜合發(fā)揮了聚合物、表面活性劑和堿的協(xié)同效應(yīng)，可在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高原油采收率20%以上。
表面活性劑在化學(xué)驅(qū)技術(shù)中起著極其重要的作用。有效驅(qū)替殘留在油層孔隙中的原油需要使油水界面張力降低到超低界面張力（＜10-2mN·m-1），這可以通過使用適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣w系來實現(xiàn)。研究者們在表面活性劑、堿的類型和濃度對油水動態(tài)界面張力的影響方面開展了很多工作，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以使油水界面張力降低到超低水平的大量表面活性劑體系。這些結(jié)果表明很容易通過改變油水界面張力來提高剩余油的驅(qū)油效率，但是，仍然有很多不利的因素阻礙化學(xué)驅(qū)技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用。例如，為了使油水界面達(dá)到超低界面張力，表面活性劑體系中要加入大量的堿。
礦場試驗表明，堿的加入會與巖石和地層水中的金屬離子反應(yīng)，引起管道結(jié)垢并對油層溶蝕從而破壞油藏。同時，隨著油田開發(fā)程度的日益深入，需要推廣化學(xué)驅(qū)技術(shù)的油藏水質(zhì)礦化度越來越高，目前常用的表面活性劑體系都難以滿足高鹽油藏的需求。最近的研究結(jié)果表明，Gemini型和改性的甜菜堿型表面活性劑等均可在高鹽油藏條件下顯著降低界面張力。但是，陽離子型Gemini表面活性劑在帶負(fù)電的油層巖石表面吸附損失嚴(yán)重，陰離子型Gemini和改性甜菜堿表面活性劑的合成路線復(fù)雜、成本高。因此，如何簡便地獲得能夠在高鹽條件下與原油達(dá)到超低界面張力的表面活性劑體系仍然是化學(xué)驅(qū)技術(shù)室內(nèi)研究需要解決的關(guān)鍵問題之一。
表面活性劑復(fù)配體系能夠發(fā)揮表面活性劑間的協(xié)同效應(yīng)，具有比單一表面活性劑更優(yōu)異的物理化學(xué)性能。不同表面活性劑協(xié)同吸附可以在油水界面形成緊密的吸附膜，有利于獲得油水超低界面張力，這避免了表面活性劑分子結(jié)構(gòu)中復(fù)雜官能團(tuán)的引入，利于表面活性劑的工業(yè)化生產(chǎn)；同時，應(yīng)用表面活性劑間的協(xié)同效應(yīng)能夠降低表面活性劑的用量，從而降低驅(qū)油體系的成本，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益?；谏鲜隹紤]，本文針對高鹽油藏，研究了兩性表面活性劑、兩性/陰離子表面活性劑復(fù)配體系與原油的動態(tài)界面張力，分析了兩性/陰離子表面活性劑間的協(xié)同效應(yīng)對動態(tài)界面張力行為的影響，以期闡明在高鹽油藏中利用兩性/陰離子表面活性劑的協(xié)同效應(yīng)在無堿、低濃度下獲得油水超低界面張力的方法。
2、實驗部分
2.1試劑
實驗用水為室內(nèi)利用氯化鈉、氯化鈣和氯化鎂配制的礦化水，總礦化度為10550 mg·L-1,其中Na+3145.3 mg·L-1;Ca2+576.58 mg·L-1;Mg2+240 mg·L-1;實驗用油為勝利油田孤東采油廠脫水原油；十六烷基磺基甜菜堿（N-hexadecyl-N,N-dimethyl-3-ammonio-1-propanesulfonate,縮寫為HDAPS,純度98%）購自百靈威化學(xué)試劑有限公司；十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate,縮寫為SDS），氯化鈉，氯化鈣，六水氯化鎂，均為分析純試劑，購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。
2.2油水界面張力測定
油水界面張力采用芬蘭Kibron旋轉(zhuǎn)界面張力儀測定，測試溫度均為60°C.