胡小冬，熊玉娟，劉霜，曹潔

（1.中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000；2.長江大學石油工程學院，湖北 荊州 434023；3.中國石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 潛江 433124）

陰離子雙子表面活性劑的油水界面張力

胡小冬1，2，熊玉娟2，劉霜3，曹潔2

（1.中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000；2.長江大學石油工程學院，湖北 荊州 434023；3.中國石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 潛江 433124）

測定了陰離子雙子表面活性劑8-4-8和12-4-12與不同油相間的界面張力，考察了不同油相和礦化度變化對油水界面張力的影響。結果表明，陰離子雙子表面活性劑與不同油相的油水界面張力達到平衡的時間都比較短，界面張力穩(wěn)定性較好；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。礦化度增加（0～180 g/L）能有效降低陰離子雙子表面活性劑的油水界面張力，說明陰離子雙子表面活性劑8-4-8和12-4-12具有較好的耐鹽性。

陰離子雙子表面活性劑；油水界面張力；界面張力穩(wěn)定性；油相；礦化度

雙子表面活性劑（Gemini surfactant）是通過連接基將2個傳統(tǒng)表面活性劑分子在其親水頭基處連接而成的一類新型表面活性劑，記為m-s-m（m為碳鏈長度，s為連接基團碳數），因其獨特的結構與優(yōu)異的表/界面活性，又被譽為21世紀新一代表面活性劑［1］，在油氣開采領域具有巨大的開發(fā)應用前景。

雙子表面活性劑溶液與原油間界面張力高低是評價其提高原油采收率能力的重要指標。目前有關雙子表面活性劑的研究主要集中于合成、表面活性及膠團化方面，且以陽離子雙子表面活性劑為主［2］，有關陰離子雙子表面活性劑與原油間界面張力研究尚未見文獻報道。杜西剛［3］等僅就不同正構烷烴油與烷基苯磺酸鹽雙子表面活性劑溶液間的界面張力進行了研究，陳洪［4］等也只針對陽離子雙子表面活性劑進行。與陽離子雙子表面活性劑相比，陰離子雙子表面活性劑對油藏具有更好的適應性，體現在吸附損失小、礦化水中水溶性好等方面［5-7］。據此，筆者研究了硫酸酯鹽陰離子雙子表面活性劑溶液與油相間的界面張力，系統(tǒng)考察了不同油相、溫度和礦化度變化對油水界面張力的影響，有望為陰離子雙子表面活性劑經濟高效投入油氣開采領域提供實驗依據。

1 實驗

1.1 實驗材料及儀器

材料：1）硫酸酯鹽陰離子雙子表面活性劑8-4-8和12-4-12，純度為50%（油氣鉆采工程湖北省重點實驗室）。2）航空煤油、塔里木油田東河塘稀油（以下簡稱稀油）、混合油（稀油+稠油），密度分別為 0.78，0.87，0.94 g/cm3；50℃時的黏度分別為1.02，7.78，32.11 mPa·s。3）NaCl、KCl、CaCl2、Na2SO4、MgCl2、NaHCO3均為分析純（天津市科密歐化學試劑有限公司）。

儀器：Texas-500c界面張力儀（北京盛維基業(yè)科技有限公司）。

1.2 實驗方法

水樣配制：實驗所用水樣為輪古模擬地層水，水型為CaCl2型，Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3-、SO42-的質量濃度分別為86 430.0，12 920.0，916.1，158 300.0，68.5，249.0 mg/L，總礦化度為258 883.6 mg/L，準確稱取所需無機鹽于容量瓶中溶解并定容；用NaCl配制不同礦化度的水樣，用于測定不同礦化度下的油水界面張力。

界面張力測定：采用Texas-500c界面張力儀以旋轉滴重法測量，測量范圍10-5～102mN/m，溫度45℃。

2 結果及討論

2.1 不同油相對油水界面張力的影響

2.1.1 界面張力穩(wěn)定性

圖 1是質量濃度為0.5 g/L的8-4-8溶液與不同油相間界面張力實驗結果。從圖1可以看出，8-4-8與不同油相達到平衡界面張力的時間都比較短，但維持平衡界面張力的時間都比較長，油水界面張力達到平衡值之后幾乎不再變化。原因可能是8-4-8的相對分子質量較大，分子擴散速率較慢，說明8-4-8與不同油相的油水界面處的排列狀態(tài)很穩(wěn)定［8］。煤油與8-4-8達到平衡界面張力的時間最長，其次是稀油，時間最短為混合油，這可能是由于8-4-8在煤油的油水界面的吸附量較大，所以吸附達到平衡的時間較長［9］。

圖1 8-4-8與不同油相的油水界面張力

2.1.2 油水界面活性

用模擬地層水配制不同質量濃度的表面活性劑溶液，在45℃下測定其油水界面張力，煤油在12-4-12溶液中拉絲形成分散狀而無法測定。結果見圖2。

圖2 表面活性劑與油相間的油水界面張力

根據曲線的拐點確定臨界膠束質量濃度（CMC）和與之對應的油水界面張力（γ），計算結果見表1。

表1 表面活性劑與不同油相間的界面活性

由表1可以看出，陰離子雙子表面活性劑與不同油相的CMC明顯不同。8-4-8與煤油的CMC最低，達到105 mg/L，且在CMC處的界面張力能達到0.001 4 mN/m，說明8-4-8與煤油的油水界面活性最好；12-4-12與稀油的界面活性比混合油的好，原因是原油中的極性物質影響了表面活性劑在油水界面的吸附特性，從而影響了CMC和γ的結果［10］。

但這一結論與楊建軍［11］測試的陽離子雙子表面活性劑與不同油相間的界面張力規(guī)律不同，可能是因為，硫酸酯鹽雙子表面活性劑的親水性比陽離子雙子表面活性劑較強，在輕質油（含有較高輕質成分的混合油）/水界面上，陰離子雙子表面活性劑分子的親水基受到輕質油的親水作用大于重質油（混合油）對親水基的作用，從而導致雙子表面活性劑在煤油/水界面上更利于垂直排列，在煤油/水界面上排列得更加緊密，導致了雙子表面活性劑降低輕質油/水界面張力的幅度大于降低重質油/水界面張力的幅度。

2.2 陰離子雙子表面活性劑的耐鹽性

用不同礦化度的水樣配制質量濃度為0.5 g/L的8-4-8和12-4-12溶液，在45℃下，測定其與稀油間的平衡界面張力，結果如圖3所示。

由圖3可知，隨著礦化度的增加，表面活性劑溶液與稀油間的油水界面張力迅速降低。當礦化度達到120 g/L時，8-4-8溶液與稀油間的油水界面張力能達到0.009 7 mN/m；隨著礦化度的繼續(xù)增加，油水界面張力達到0.006 4 mN/m，基本趨于穩(wěn)定。而12-4-12溶液在礦化度達到60 g/L時，與稀油間的油水界面張力能達到0.005 6 mN/m；隨著礦化度的繼續(xù)增加，油水界面張力變化較小，維持在0.002 2 mN/m。說明硫酸酯鹽雙子表面活性劑具有較強的耐鹽能力，原因可能是：當水的礦化度與雙子表面活性劑的親水疏水性匹配時，就能使雙子表面活性劑與油相間的界面張力達到超低的水平［12］。

3 結論

1）陰離子雙子表面活性劑與不同油相的油水界面張力達到平衡的時間都比較短，界面張力穩(wěn)定性較好；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與混合油的好。

2）當礦化度達到120 g/L時，質量濃度為0.5 g/L的8-4-8和12-4-12溶液與稀油的油水界面張力均能達到10-3mN/m。陰離子雙子表面活性劑具有較強的耐鹽能力，適用于高礦化度油藏。

［1］Raoul Zana.Dimeric and oligomeric surfactants behavior at interfaces and in aqueous solution：A review［J］.Advances in Colloid and Interface Science，2002，97（1）：205-253.

［2］Milton J Rosen，David J Tracy.Gemini surfactants［J］.Journal of Surfactants and Detergents，1998，1（4）：547-554.

［3］Du Xigang，Lu Yao，Li Ling，et al.Synthesis and unusual properties of novel alkylbenzene sulfonate Gemini surfactants［J］.Colloids and Surfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects，2006，290（1）：132-137.

［4］Li Juanhan，Zhong Bingye，Hong Chen.The interfacial tension between cationic Gemini surfactant solution and crude oil［J］.Journal of Surfactants and Detergents，2009，12（3）：185-190.

［5］劉霜，唐善法，劉湘，等.陰離子雙子表面活性劑性能研究［J］.斷塊油氣田，2011，18（1）：110-112. Liu Shuang，Tang Shanfa，Liu Xiang，et al.Research on properties of anionic Gemini surfactant［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2011，18（1）：110-112.

［6］李豪，褚奇，閆書一，等.雙子（Gemini）表面活性劑合成及性能評價［J］.斷塊油氣田，2009，16（5）：110-112. LiHao，Chu Qi，Yan Shuyi，etal.Synthesisand perfermance evaluation of Gemini surfactant［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2009，16（5）：110-112.

［7］伍銳東，岳泉，王麗，等.輪古深層稠油乳化降黏實驗研究［J］.斷塊油氣田，2010，18（1）：60-62. Wu Ruidong，Yue Quan，Wang Li，et al.Experimental research on emulsification visbreaking method for Lungu deep heavy oil［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2010，18（1）：60-62.

［8］方文超，唐善法，胡小冬，等.陰離子雙子表面活性劑的油水界面張力研究［J］.石油鉆采工藝，2010，32（5）：86-89. Fang Wenchao，Tang Shanfa，Hu Xiaodong，et al.Study on oil-water interfacial tension of anionic Gemini surfactant［J］.Oil Drilling& Production Technology，2010，32（5）：86-89.

［9］張路，羅瀾，趙濉，等.表面活性劑親水-親油能力對動態(tài)界面張力的影響［J］.物理化學學報，2001，17（1）：62-65. Zhang Lu，Luo Lan，Zhao Sui，et al.Effect of hydrophilic-lipophilic ability of surfactant on dynamic interfacial tensions［J］.Acta Physicochemica Sinica，2001，17（1）：62-65.

［10］陳詠梅，王涵慧，俞稼鏞.化學驅中動態(tài)界面張力行為的研究進展［J］.石油學報，2001，22（4）：97-103. Chen Yongmei，Wang Hanhui，Yu Jiayong，et al.Research advance of dynamic interfacial tension behavior in chemical flooding［J］.Acta Petrolei Sinica，2001，22（4）：97-103.

［11］楊建軍.陽離子雙子表面活性劑在三次采油領域的應用基礎研究［D］.成都：西南石油大學，2005. Yang Jianjun.The basic research and application of cationic Gemini surfactant in tertiary recovery ［D］.Chengdu：Southwest Petroleum University，2005.

［12］譚中良.Gemini表面活性劑的特性及耐鹽活性研究［J］.精細與專用化學品，2006，14（增刊1）：50-54. Tan Zhongliang.Study on characteristics and salt-endurance activity of Gemini surfactant［J］.Fine and Specialty Chemicals，2006，14（Suppl. 1）：50-54.

（編輯 孫薇）

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

中國石油石油科技中青年創(chuàng)新基金項目“四次采油驅油劑的分子結構設計、合成與性能研究”（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，在讀碩士研究生，2008年畢業(yè)于長江大學應用化學專業(yè)，主要從事油田化學方面的工作。E-mail：hxd_19870408@163.com。

胡小冬，熊玉娟，劉霜，等.陰離子雙子表面活性劑的油水界面張力［J］.斷塊油氣田，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.