孫明

摘 要：針對某油藏A區(qū)塊，利用陰離子/兩性表面活性劑的協(xié)同作用，進而達到油水超低界面張力，且兩性表面活性劑十二烷基甜菜堿在濃度為0.1%～0.5%的范圍內(nèi)，降低油水界面張力的效果達到10-2 mN/m數(shù)量級，在加入陰離子表面活性劑的條件下，復配體系可以使油水界面張力達到超低界面張力。通過探討表面活性劑的總濃度以及復配比對油水界面張力的影響，最終得到陰離子/兩性表面活性劑復配體系可在較高礦化度和較低的濃度（0.4%）范圍內(nèi)達到10-3 mN/m的超低界面張力，并在此基礎上對兩者的協(xié)同作用進行分析。

關 鍵 詞：陰離子表面活性劑；兩性表面活性劑；協(xié)同效應；超低界面張力

中圖分類號：TQ 423 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2017）07-1329-04

Synergetic Effect of Anionic/Amphoteric

Surfactants Complex System for Oil Displacement

SUN Ming

（Offshore Oil Extraction Plant of Sinopec Shengli Oilfiled Company， Shandong Dongying 257237， China）

Abstract： The synergistic effect of anionic/amphoteric surfactants was used in A reservoir to achieve ultra-low interfacial tension of oil and water. And the concentration of the amphoteric surfactant dodecyl betaine was in the range of 0.1% to 0.5%， the effect of reducing the interfacial tension of oil and water reached to 10-2 mN/m magnitude order， in the case of adding anionic surfactants， the complex system achieved ultra-low interfacial tension of oil and water. The effect of the total concentration of surfactants and the compound ratio on the interfacial tension of oil and water was studied. The synergistic effect of two kinds of surfactant was analyzed. The results show that the anionic/amphoteric surfactant complex system can be used under high salinity and low concentration （0.4%） to achieve 10-3 mN/m ultra-low interfacial tension.

Key words： Anionic surfactant； Amphoteric surfactant； Synergistic effect； Ultra low interfacial tension

陰離子表面活性劑是三次采油中表面活性劑驅(qū)油最常用到的表面活性劑，其最典型的陰離子表面活性劑類型以石油磺酸鹽[1]為代表，其較低的界面張力、較高的增溶參數(shù)、和價格低廉等優(yōu)點，是迄今為止室內(nèi)研究和礦場實驗應用中采用最多的表面活性劑[2]。早在20世紀20年代，De Groot就在實驗室證明了用濃度為25～1 000 mg/L的多環(huán)磺化物可以提高驅(qū)油效率[3]。國外的產(chǎn)品大都是烷基芳基磺酸鹽的混合物，它降低界面張力的效果較好，具有更好的洗油效率，減少表面活性劑在巖層的吸附，增溶、抗鹽、耐溫的一種新型驅(qū)油超級表面活性劑等優(yōu)點，因此被人們廣泛地關注。雖然石油磺酸鹽在實驗過程中的驅(qū)油效果比較顯著，發(fā)展的前景較廣闊，然而在實驗中也有一定的局限性，主要表現(xiàn)耐鹽性差，性能不穩(wěn)定，易被粘土表面吸附，導致消耗量大，與一些聚合物混合后容易產(chǎn)絮凝形成沉淀物等缺點。

兩性表面活性劑在三次采油中常與其它表面活性劑進行復配使用[4]，以此來達到較好的驅(qū)油效果。其中兩性表面活性劑主要的類型有甜菜堿型、氨基酸型、咪唑啉型[5]等。兩性表面活性劑主要適用于高礦化度、較高溫度的油藏，且能大大降低非離子與陰離子表面活性劑復配時所產(chǎn)生的的色譜分離效應，而甜菜堿型兩性表面活性劑在三次采油中[6]為最常用的活性劑類型。

盡管表面活性劑單劑具有一定的降低油水界面張力的效果，但是絕大多數(shù)情況下，表面活性劑單劑很難將油水界面張力達到較低的水平，實驗室條件下測定表面活性劑單劑與原油的界面張力，基本可將界面張力達到10-2 mN/m數(shù)量級。而常規(guī)表面活性劑驅(qū)油對于表面活性劑性能最重要的要求就是其界面活性必須高，且降低油水界面張力達到10-3 mN/m水平。因此，需要將表面活性劑進行復配使用，而復配后的表面活性劑往往具有單一表面活性劑所不具備的優(yōu)良性能，其降低油水界面張力的效果也比單一表面活性劑的效果好。

復配后的表面活性劑驅(qū)油體系之所以具有較高的界面活性，其主要原因是兩種表面活性劑復配后，其分子間會具有強烈的相互作用，形成一種絡合物，其表面活性要比各自單獨使用要優(yōu)越的多。因而兩者復配后具有較好的協(xié)同作用，在充分發(fā)揮各自優(yōu)勢的條件下，由于分子間的相互作用也使得復配后的界面活性高，最終達到大幅度降低油水界面張力的作用。

油藏在經(jīng)過水驅(qū)采油后，仍有相當一部分原油在地層中無法被采出，由于油藏地層水礦化度較高，且溫度也相對較高。若要采用表面活性劑驅(qū)油，普通單一表面活性劑很難滿足復雜的油藏條件，因此需要考慮將表面活性劑進行復配使用，以期達到較好的協(xié)同增效作用。已知A區(qū)塊地層水礦化度為

56 000 mg/L，地層溫度為60 ℃，在經(jīng)歷水驅(qū)采油后，需要利用表面活性劑驅(qū)油將地層原油采出，由于地層水礦化度相對較高，因此只能考慮使用具有耐鹽性的兩性表面活性劑再室內(nèi)進行實驗。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

電子分析天平、十二烷基甜菜堿（C12BE，活性物含量35%）、模擬地層水、石油磺酸鹽A、TX500C旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀、A區(qū)塊地面脫氣原油。

1.2 不同濃度表面活性劑溶液配制

由于兩性表面活性劑具有一定的耐鹽性，因此在高礦化度下其與地層水具有較好的溶解性，因此可直接用模擬地層水進行配制不同濃度的表面活性劑溶液，分別稱取質(zhì)量為0.1～0.8 g的十二烷基甜菜堿（C12BE）分別放入100 mL容量瓶中加入模擬地層水，配制成濃度為0.1%～0.5%的表面活性劑溶液，并做標記備用。

稱取5 g石油磺酸鹽A配制成成濃度為5%的溶液待用，稱取5 g十二烷基甜菜堿（C12BE）配制成5%的溶液待用。

由圖可以看出，十二烷基甜菜堿（C12BE）表面活性劑單劑濃度在0.1%～0.5%范圍內(nèi)具有一定的界面活性，能夠達到降低油水界面張力的作用，但是降低油水界面張力的水平較低，且降低界面張力的效果不明顯，基本維持在10-2 mN/m的數(shù)量級。雖然十二烷基甜菜堿（C12BE）分子結構中同時帶有羥基的陰離子和陽離子基團，且具有一定的耐鹽性，但在單獨使用時，其界面活性無法達到驅(qū)油劑降低界面張力達10-3 mN/m數(shù)量級的要求，因此其界面活性相對較低，需要考察將其與其它表面活性劑復配使用，以期達到較好的降低油水界面張力的作用。

1.4 陰離子/兩性表面活性劑復配體系與原油間的界面張力

單一表面活性劑無法將油水界面張力達到超低的水平，因此需要考慮將不同的表面活性劑按照不同的比例進行復配使用，以達到充分發(fā)揮各種表面活性劑優(yōu)勢的目的，從而達到進一步降低油水界面張力的效果。石油磺酸鹽具有較高的界面活性，且具有耐高溫的特點，此外甜菜堿（C12BE）兩性表面活性劑具有耐鹽的特性。因此可以考慮將兩者進行復配使用，通過控制復配比測定不同復配比下表面活性劑混合溶液于原油的界面張力值，進而篩選出具有較好協(xié)同作用的表面活性劑復配體系。石油磺酸鹽A/十二烷基甜菜堿（C12BE）復配篩選主要包括以下幾個方面：

（1）石油磺酸鹽A/ C12BE=1∶9，表面活性劑總濃度為0.1%～0.8%，溫度為60 ℃時測定此條件下復配體系與原油的界面張力值；

（2）石油磺酸鹽A/ C12BE=1∶5，表面活性劑總濃度為0.1%～0.8%，溫度為60 ℃時測定此條件下復配體系與原油的界面張力值；

（3）石油磺酸鹽A/ C12BE=1∶4，表面活性劑總濃度為0.1%～0.8%，溫度為60 ℃時測定此條件下復配體系與原油的界面張力值；

（4）石油磺酸鹽A/ C12BE=1∶2，表面活性劑總濃度為0.1%～0.8%，溫度為60 ℃時測定此條件下復配體系與原油的界面張力值。

1.4.1 石油磺酸鹽A/ C12BE=1∶9與原油界面張力

通過計算后，用移液管取一定量5%的石油磺酸鹽A和5%十二烷基甜菜堿（C12BE）配制成表面活性劑總濃度為0.1%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的混合溶液，在實驗室條件下用界面張力儀測定5組不同濃度的表面活性劑復配體系與原油的界面張力值，所得結果如表1所示。

通過表1可知，當石油磺酸鹽A/ C12BE=1∶9時，界面張力值總體的變化趨勢為先減小后增大，且隨著時間的增加界面張力值的下降較為明顯，但界面張力值僅維持在10-2 mN/m水平，二者復配雖然具有一定的協(xié)同作用，但是分子內(nèi)部相互作用的效果不明顯，因而界面活性不高，最終使得界面中張力值在10-2 mN/m數(shù)量級。

1.4.2 石油磺酸鹽A/ C12BE=1∶5與原油界面張力

取一定量的兩種表面活性劑母液，配制成濃度為0.1、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的混合溶液，在實驗室條件下用界面張力儀測定5組不同濃度的表面活性劑復配體系與原油的界面張力值，所得結果如表2所示。

由表2可以看出，當石油磺酸鹽A/ C12BE=1∶5，表面活性劑總濃度為0.1%～0.8%時，油水界面張力值先下降后上升，二者復配具有一定的協(xié)同作用，但是降低油水界面張力的效果不夠明顯，界面張力值維持在10-2 mN/m的水平。因此可知，兩者復配比為1∶5時，協(xié)同作用不明顯，界面活性不高，最終使得油水界面張力值在較低水平。

1.4.3 石油磺酸鹽A/ C12BE=1∶4與原油界面張力

取一定量的兩種表面活性劑母液，配制成濃度為0.1、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的混合溶液，在實驗室條件下用界面張力儀測定5組不同濃度的表面活性劑復配體系與原油的界面張力值，所得結果如表3所示。

從表3可以看出，石油磺酸鹽A/ C12BE=1∶4時，界面張力值的變化為先減小后增大，當活性劑總濃度為0.4%時，界面張力值達到最低為7.30×10-3 mN/m，達到了超低界面張力的水平，說明此時二者復配后分子內(nèi)相互作用較強，而且具有較好的協(xié)同作用，充分發(fā)揮了各自的優(yōu)勢，界面活性最高，最終使得油水界面張力值達到超低界面張力。實驗過程中油滴的變化趨勢為先為球形，隨著時間的延長界面張力值的下降，油滴也逐漸由球形變?yōu)闄E圓，由于時間的延長和界面張力值的持續(xù)下降，油滴由橢圓形逐漸拉伸變成細長的長條狀，當界面張力值維持在超低界面張力穩(wěn)定時，此時拉伸的油滴形狀基本不變，達到了動態(tài)平衡狀態(tài)。

1.4.4 石油磺酸鹽A/ C12BE=1∶2與原油界面張力

取一定量的兩種表面活性劑母液，配制成濃度為0.1、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的混合溶液，在實驗室條件下用界面張力儀測定5組不同濃度的表面活性劑復配體系與原油的界面張力值，所得結果如表4所示。

由表4可知，石油磺酸鹽A/ C12BE=1∶2時，界面張力值的變化趨勢為總體先下降后稍微有所上升。界面張力值維持在10-2mN/m數(shù)量級，說明二者在復配比為1∶2時，分子之間相互作用不夠強烈，無法保持較高的界面活性，界面張力值最低為0.028 5 mN/m，沒有達到超低界面張力值，實驗過程中界面張力儀屏幕所顯示的油滴變化基本為球形，沒有明顯的拉伸變長的現(xiàn)象。

2 結 論

本文對陰離子/兩性表面活性劑的復配借助界面張力儀測定不同復配比不同活性劑總濃度下與原油的界面張力值，通過界面張力值的大小表征二者復配協(xié)同作用的強弱。通過以上實驗可以得到以下結論：

（1）單一表面活性劑雖然具有一定的優(yōu)良特性，但其降低油水界面張力的能力無法達到超低界面張力的水平；

（2）采用陰離子表面活性劑界面活性高及兩性表面活性劑耐溫耐鹽的特點進行復配使用，通過改變復配比及表面活性劑的濃度，測定其與原油間的界面張力，最終可以篩選出適宜的表面活性劑復配體系；

（3）本文針對A區(qū)塊油藏的特點通過利用陰離子和兩性表面活性劑的優(yōu)點通過復配及控制復配比和活性劑總濃度最終得到了適宜該區(qū)塊的表面活性劑復配體系即石油磺酸鹽A/ C12BE=1∶4，活性劑總濃度為0.4%。該配方可使得油水界面張力值達到超低界面張力（7.30×10-3 mN/m）的水平。

（4）界面張力值的大小可以表征陰離子與兩性表面活性劑復配后二者協(xié)同作用的強弱，間接的說明了二者分子之間的相互作用，其相互作用的結果使得界面活性有所變化，若相互作用的結果使得界面活性變高，則說明二者復配后協(xié)同效應較好，其可能的原因是陰離子表面活性劑電子鍵的負電荷與兩性表面活性劑離子鍵的正電荷之間的相互作用形成絡合物，使得其界面活性升高，cmc（臨界膠束濃度）降低，此時兩者具有很好的協(xié)同效應。

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