阴离子双子表面活性剂的油水界面张力

胡小冬，熊玉娟，刘霜，曹洁

（1.中国石油新疆油田公司勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000；2.长江大学石油工程学院，湖北 荆州 434023；3.中国石化江汉油田分公司勘探开发研究院，湖北 潜江 433124）

阴离子双子表面活性剂的油水界面张力

胡小冬1，2，熊玉娟2，刘霜3，曹洁2

（1.中国石油新疆油田公司勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000；2.长江大学石油工程学院，湖北 荆州 434023；3.中国石化江汉油田分公司勘探开发研究院，湖北 潜江 433124）

测定了阴离子双子表面活性剂8-4-8和12-4-12与不同油相间的界面张力，考察了不同油相和矿化度变化对油水界面张力的影响。结果表明，阴离子双子表面活性剂与不同油相的油水界面张力达到平衡的时间都比较短，界面张力稳定性较好；8-4-8在煤油的油水界面活性最好，而12-4-12在稀油的油水界面活性比混合油的好。矿化度增加（0～180 g/L）能有效降低阴离子双子表面活性剂的油水界面张力，说明阴离子双子表面活性剂8-4-8和12-4-12具有较好的耐盐性。

阴离子双子表面活性剂；油水界面张力；界面张力稳定性；油相；矿化度

双子表面活性剂（Gemini surfactant）是通过连接基将2个传统表面活性剂分子在其亲水头基处连接而成的一类新型表面活性剂，记为m-s-m（m为碳链长度，s为连接基团碳数），因其独特的结构与优异的表/界面活性，又被誉为21世纪新一代表面活性剂［1］，在油气开采领域具有巨大的开发应用前景。

双子表面活性剂溶液与原油间界面张力高低是评价其提高原油采收率能力的重要指标。目前有关双子表面活性剂的研究主要集中于合成、表面活性及胶团化方面，且以阳离子双子表面活性剂为主［2］，有关阴离子双子表面活性剂与原油间界面张力研究尚未见文献报道。杜西刚［3］等仅就不同正构烷烃油与烷基苯磺酸盐双子表面活性剂溶液间的界面张力进行了研究，陈洪［4］等也只针对阳离子双子表面活性剂进行。与阳离子双子表面活性剂相比，阴离子双子表面活性剂对油藏具有更好的适应性，体现在吸附损失小、矿化水中水溶性好等方面［5-7］。据此，笔者研究了硫酸酯盐阴离子双子表面活性剂溶液与油相间的界面张力，系统考察了不同油相、温度和矿化度变化对油水界面张力的影响，有望为阴离子双子表面活性剂经济高效投入油气开采领域提供实验依据。

1 实验

1.1 实验材料及仪器

材料：1）硫酸酯盐阴离子双子表面活性剂8-4-8和12-4-12，纯度为50%（油气钻采工程湖北省重点实验室）。2）航空煤油、塔里木油田东河塘稀油（以下简称稀油）、混合油（稀油+稠油），密度分别为 0.78，0.87，0.94 g/cm3；50℃时的黏度分别为1.02，7.78，32.11 mPa·s。3）NaCl、KCl、CaCl2、Na2SO4、MgCl2、NaHCO3均为分析纯（天津市科密欧化学试剂有限公司）。

仪器：Texas-500c界面张力仪（北京盛维基业科技有限公司）。

1.2 实验方法

水样配制：实验所用水样为轮古模拟地层水，水型为CaCl2型，Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3-、SO42-的质量浓度分别为86 430.0，12 920.0，916.1，158 300.0，68.5，249.0 mg/L，总矿化度为258 883.6 mg/L，准确称取所需无机盐于容量瓶中溶解并定容；用NaCl配制不同矿化度的水样，用于测定不同矿化度下的油水界面张力。

界面张力测定：采用Texas-500c界面张力仪以旋转滴重法测量，测量范围10-5～102mN/m，温度45℃。

2 结果及讨论

2.1 不同油相对油水界面张力的影响

2.1.1 界面张力稳定性

图 1是质量浓度为0.5 g/L的8-4-8溶液与不同油相间界面张力实验结果。从图1可以看出，8-4-8与不同油相达到平衡界面张力的时间都比较短，但维持平衡界面张力的时间都比较长，油水界面张力达到平衡值之后几乎不再变化。原因可能是8-4-8的相对分子质量较大，分子扩散速率较慢，说明8-4-8与不同油相的油水界面处的排列状态很稳定［8］。煤油与8-4-8达到平衡界面张力的时间最长，其次是稀油，时间最短为混合油，这可能是由于8-4-8在煤油的油水界面的吸附量较大，所以吸附达到平衡的时间较长［9］。

图1 8-4-8与不同油相的油水界面张力

2.1.2 油水界面活性

用模拟地层水配制不同质量浓度的表面活性剂溶液，在45℃下测定其油水界面张力，煤油在12-4-12溶液中拉丝形成分散状而无法测定。结果见图2。

图2 表面活性剂与油相间的油水界面张力

根据曲线的拐点确定临界胶束质量浓度（CMC）和与之对应的油水界面张力（γ），计算结果见表1。

表1 表面活性剂与不同油相间的界面活性

由表1可以看出，阴离子双子表面活性剂与不同油相的CMC明显不同。8-4-8与煤油的CMC最低，达到105 mg/L，且在CMC处的界面张力能达到0.001 4 mN/m，说明8-4-8与煤油的油水界面活性最好；12-4-12与稀油的界面活性比混合油的好，原因是原油中的极性物质影响了表面活性剂在油水界面的吸附特性，从而影响了CMC和γ的结果［10］。

但这一结论与杨建军［11］测试的阳离子双子表面活性剂与不同油相间的界面张力规律不同，可能是因为，硫酸酯盐双子表面活性剂的亲水性比阳离子双子表面活性剂较强，在轻质油（含有较高轻质成分的混合油）/水界面上，阴离子双子表面活性剂分子的亲水基受到轻质油的亲水作用大于重质油（混合油）对亲水基的作用，从而导致双子表面活性剂在煤油/水界面上更利于垂直排列，在煤油/水界面上排列得更加紧密，导致了双子表面活性剂降低轻质油/水界面张力的幅度大于降低重质油/水界面张力的幅度。

2.2 阴离子双子表面活性剂的耐盐性

用不同矿化度的水样配制质量浓度为0.5 g/L的8-4-8和12-4-12溶液，在45℃下，测定其与稀油间的平衡界面张力，结果如图3所示。

由图3可知，随着矿化度的增加，表面活性剂溶液与稀油间的油水界面张力迅速降低。当矿化度达到120 g/L时，8-4-8溶液与稀油间的油水界面张力能达到0.009 7 mN/m；随着矿化度的继续增加，油水界面张力达到0.006 4 mN/m，基本趋于稳定。而12-4-12溶液在矿化度达到60 g/L时，与稀油间的油水界面张力能达到0.005 6 mN/m；随着矿化度的继续增加，油水界面张力变化较小，维持在0.002 2 mN/m。说明硫酸酯盐双子表面活性剂具有较强的耐盐能力，原因可能是：当水的矿化度与双子表面活性剂的亲水疏水性匹配时，就能使双子表面活性剂与油相间的界面张力达到超低的水平［12］。

3 结论

1）阴离子双子表面活性剂与不同油相的油水界面张力达到平衡的时间都比较短，界面张力稳定性较好；8-4-8在煤油的油水界面活性最好，12-4-12在稀油的油水界面活性比与混合油的好。

2）当矿化度达到120 g/L时，质量浓度为0.5 g/L的8-4-8和12-4-12溶液与稀油的油水界面张力均能达到10-3mN/m。阴离子双子表面活性剂具有较强的耐盐能力，适用于高矿化度油藏。

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（编辑 孙薇）

Oil-water interfacial tension of anionic Gemini surfactant

Hu Xiaodong1，2,Xiong Yujuan2,Liu Shuang3,Cao Jie2
(1.Research Institute of Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina,Karamay 834000,China;2.School of Petroleum Engineering,Yangtze University,Jingzhou 434023,China;3.Research Institute of Exploration and Development, Jianghan Oilfield Company,SINOPEC,Qianjiang 433124,China)

The interfacial tension between the anionic Gemini surfactants such as 8-4-8,12-4-12 and the different oils is measured and the effect of different oil phase,temperature and salinity on the oil-water interfacial tension is investigated in this paper.The results show that the time to reach the interfacial tension equilibrium for anionic Gemini surfactant with different oil phase is short and the dynamic interfacial tension is stable.The interfacial activity between the surfactant 8-4-8 and the kerosene is the best one in the three oil phases and the interfacial activity between the surfactant 12-4-12 and the thin oil is better than that of the mix oil.The salinity increases(0 to 180 g/L)can effectively reduce the interfacial tension between the anion Gemini surfactant and the thin oil. The anionic Gemini surfactants 8-4-8 and 12-4-12 all have good resistances to salt.

anionic Gemini surfactant;oil-water interfacial tension;stability of interfacial tension;oil phase;salinity

中国石油石油科技中青年创新基金项目“四次采油驱油剂的分子结构设计、合成与性能研究”（2010D-5006-0211）

TE357.46；TE39

：A

1005-8907（2012）01-0130-03

2011-05-08；改回日期：2011-11-29。

胡小冬，男，1987年生，在读硕士研究生，2008年毕业于长江大学应用化学专业，主要从事油田化学方面的工作。E-mail：hxd_19870408@163.com。

胡小冬，熊玉娟，刘霜，等.阴离子双子表面活性剂的油水界面张力［J］.断块油气田，2012，19（1）：130-132. Hu Xiaodong，Xiong Yujuan，Liu Shuang，et al.Oil-water interfacial tension of anionic Gemini surfactant［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（1）：130-132.