阴离子表面活性剂在油水界面吸附行为的实验和理论研究

摘要

表面活性剂能够降低油水界面张力,改变原油在地层中的乳化特性,因此能大幅度的提高洗油效率,从而提高原油采收率。由于油藏环境复杂,表面活性剂在地层中与油相和水相的作用机理受多种因素影响,严重制约了表面活性剂驱油机理的基础研究,不利于其在复杂油藏中的推广应用。本文选择油田常用的阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(SAS),十二烷基苯磺酸钠(SDBS),十二烷基硫酸钠(SDS)以及聚氧乙烯月桂醇醚硫酸酯钠(AES)为研究对象;采用实验和计算机模拟相结合的方法,对四种表面活性剂在油水界面的吸附行为和微观作用机理开展研究。
　　 实验研究结果表明:在相同的实验条件下,四种表面活性剂在正十二烷/水界面降低界面张力的能力依次为AES＞SDBS＞SDS＞SAS;在不同油(烷烃)/水处,四种表面活性荆降低油水界面张力的能力有所差异,但同时在正癸烷/水界面处界面张力达到最低;温度对表面活性剂界面活性的影响较为复杂,但总体来说,SDBS和AES两种表面活性剂具有一定的耐高温性能,在较高的温度下仍然能够很好的降低油水界面张力;不同表面活性剂的耐盐性能具有较大差异,SDBS和AES分子在一定浓度的NaC1溶液能够将界面张力降到10-1mN/m,但AES分子能够在更宽的浓度范围内保持较低的界面张力,在二价金属离子(Ca2+、Mg2+)溶液环境中,SDBS分子的耐盐性极差,溶液中会析出大量沉淀,而AES分子具有良好的抗无机盐能力。
　　 计算机模拟结果表明:表面活性剂能够在油水界面形成稳定的单层膜,通过计算界面形成能、界面层厚度、径向分布函数、配位数、有序参数、扩散系数以及转动时间相关函数等参数,从理论分别上评价了四种表面活性剂降低油水界面张力的能力依次为:AES＞SDBS＞SDS＞SAS;SDS分子单层膜在四种油相中降低油水界面张力的能力依次为:癸烷＞辛烷＞十二烷＞十六烷;AES分子单层膜在不同温度下降低油水界面张力的能力依次为:343K＞313 K＞353 K＞328 K。理论评价结果与实验结果完全一致。