烷基苯磺酸盐弱碱体系对油水界面张力的影响
来源:用户上传
作者:
[摘 要]主要研究了十四、十六和十八烷基苯磺酸盐和弱碱（Na2CO3）体系对降低采油厂油水界面张力的特性。结果表明，在研究范围内，十四、十六烷基苯磺酸盐和弱碱的复合体系对油水界面张力降到最低值的速度快，但回升速度也快；十八烷基苯磺酸盐复合体系对油水界面张力降到最低值的速度相对较慢，且达到最低值后基本不再变化；适合该厂油水的弱碱复合驱体系的烷基苯磺酸盐当量应在430左右。
[关键词]烷基苯磺酸盐；弱碱；复合体系；动态界面张力；当量
中图分类号：TE357 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0134-01
碱-表面活性剂-聚合物三元复合驱油技术是近年来矿场试验中应用较多的三次采油技术。该技术比水驱提高采收率20%以上，但同时也发现强碱三元复合驱存在严重的结垢问题，影响油田生产，因此三元复合驱的弱碱化是急需解决的问题。实现三元复合驱弱碱化的关键是表面活性剂的研制和性能改进。研究烷基苯磺酸盐的结构对复合驱油体系油水界面张力的影响，对于选择驱油体系的表面活性剂，指导表面活性剂的生产是重要的。对于酸值低、含蜡量高的大庆原油，研制或选择适合弱碱化三元复合驱的表面活性剂难度大。近年来针对烷基苯磺酸盐的合成有许多报道，其中采用洗涤剂原料（十二烷基苯）的副产品重烷基苯，通过对其分段切割、改变磺化条件等合成出一些适于弱碱复合体系、界面性能较好的表面活性剂，但关于这些性能良好表面活性劑的弱碱复合体系界面张力研究未见详细报道。笔者针对结构基本已知、纯度较高的十四、十六和十八烷基苯磺酸盐，研究了其弱碱（Na2CO3）体系中碱的浓度、烷基苯磺酸盐平均当量对采油厂油水界面张力特性的影响。
1.实验
1.1原料
表面活性剂：自制的十四、十六和十八烷基苯磺酸盐；Na2CO3：分析纯；原油：采油厂电脱水原油；水：采油厂回注采出水。
1.2仪器
Model-500型旋转滴界面张力仪；Agilent1100seriesGC-MS。
1.3界面张力测量
按照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T6424-2000中的方法测量。
1.4磺酸盐样品GC-MS分析
将烷基苯磺酸盐样品以甲醇和水为混合溶剂配制成1g·L-1的溶液，对其抽滤；抽滤后的样品移入质谱分析样瓶中分析；流动相为甲醇/水混合物；雾化气压力为207kPa；负离子检测模式；质谱扫描质荷比为100～700。烷基苯磺酸盐的电子喷雾质谱峰特征见下表1，M14，M16，M18分别表示十四烷基苯磺酸钠，十六烷基苯磺酸钠，十八烷基苯磺酸钠；在实验中分别用BS-14，BS-16和BS-18表示十四、十六、十八烷基苯磺酸盐。
2.实验结果和讨论
2.1烷基苯磺酸盐的表征
电子喷雾质谱分析过程中，分子不发生碎裂，只发生解离，在谱图上只显示样品中准分子离子的质量。从中可以看出，在质谱扫描m/e范围内，每种烷基苯磺酸盐的谱图上只对应2个峰，分别对应的是烷基苯磺酸基的离子和其质子化的离子，分析结果表明，3种磺酸盐是很单一的十四、十六和十八烷基苯磺酸盐。
2.2烷基苯磺酸盐弱碱复合体系的动态界面张力特性
用3种烷基苯磺酸盐表面活性剂BS-14，BS-16，BS-18，分别与Na2CO3配制了12种复合体系，其中烷基苯磺酸盐的质量分数为0.3%，0.1%；Na2CO3的质量分数为1.2%，0.6%。考察了复合体系的动态界面张力特性。可以看出，十四、十六烷基苯磺酸盐体系起初对油水界面张力降低很快，15min以后快速回升，这是由于这两种磺酸盐的水溶性较好，从水相扩散到油水界面的速度较快，起初在油水界面浓度很高，但又很快脱附进入水相形成胶束，σ回升造成的十八烷基苯磺酸盐形成的弱碱复合体系，油水界面张力下降相对较慢，达到最低界面张力值需要45min以上，并且体系在达到最低界面张力后基本不再上升，保持平衡。这说明BS-18在油水界面的吸附达到平衡。比较3种烷基苯磺酸盐的弱碱复合体系，可以看出，十八烷基苯磺酸盐复合体系的界面张力最低，且在w（Na2CO3）为0.6%，w（BS-18）为0.3%时，界面张力达到10-4mN/m数量级，并保持平衡。
2.3 Na2CO3浓度对复合体系界面张力的影响
在表面活性剂用量相同的情况下，十四、十六烷基苯磺酸盐复合体系的界面张力，随w（Na2CO3）的增加而下降。其原因是Na2CO3同原油中的有机酸形成的石油酸皂与烷基苯磺酸盐之间具有协同效应，w（Na2CO3）增加，使得烷基苯磺酸盐在油水界面的吸附和排列更有利于形成低界面张力。但对于大庆油田的石蜡基低酸值原油，Na2CO3更主要的作用是增加了体系的离子强度，引起极性基水化程度减弱，烷基苯磺酸盐表面活性剂更加亲油，促使其相互聚结或向油环境内的跃迁势增加，从而向油中分配的潜能增加。疏水缔合聚合物能够减少磺酸盐阴离子双子表面活性剂在界面上的吸附，磺酸盐产品在地层水中能大幅度地增加复配溶液的黏度，与聚合物有良好的协同效应，磺酸盐型二聚表面活性剂，产物具有良好的表/界活性和较强的抗盐能力，低浓度的单剂溶液就可使中原原油/水界面张力值降低，由此分析可知：十四、十六烷基苯磺酸盐在弱碱环境中，其亲油性不足，应增加其烷基链长。十八烷基苯磺酸盐在质量分数为0.1%时，w（Na2CO3）在0.6%或1.2%时，Na2CO3对界面张力的影响不大；而十八烷基苯磺酸盐的质量分数为0.3%时，w（Na2CO3）为0.6%或1.2%时，Na2CO3对界面张力的影响趋势和十四、十六烷基苯磺酸盐复合体系相反，w（Na2CO3）低，界面张力低；且在w（Na2CO3）为0.6%，w（BS-18）为0.3%时，界面张力已达到10-4mN/m数量级，并保持平衡。十八烷基苯磺酸盐复合体系表现出碱浓度越低、其界面张力越低的特点，这是表面活性剂的溶解性和体系最佳含盐浓度的双重效果。
2.4烷基苯磺酸盐平均当量对复合体系界面张力的影响
烷基链的长短决定烷基苯磺酸盐当量的大小，烷基苯磺酸盐和原油之间产生低界面张力，其当量应在一个合适的范围内。考察w（Na2CO3）为0.6%，w（烷基苯磺酸盐）为0.1%体系中烷基苯磺酸盐平均当量对复合体系界面张力的影响。可以看出，随着烷基苯磺酸盐烷基C数的升高，最小界面张力降低，其中十四、十六烷基苯磺酸盐复合体系的界面张力达到最低后快速回升，而十八烷基苯磺酸盐复合体系的界面张力达到最低后基本处于平衡。在实验范围内，不论是动态界面张力的最低值，还是最终的平衡界面张力，都是随着烷基苯磺酸盐烷基C数的升高而降低。根据等效烷烃数概念，某一当量的烷基苯磺酸盐水溶液与原油之间的最小界面张力存在一个对应系。十八烷基苯磺酸盐在弱碱环境中，对于大庆第四采油厂的油水特性其当量是合适的。十八烷基苯磺酸钠的相对分子质量为432.2，故适合采油厂油水的弱碱复合驱体系的烷基苯磺酸盐当量应为430左右。
3.结论
（1）十四和十六烷基苯磺酸盐弱碱复合体系与采油厂原油间的动态界面张力降到最低值的时间很短，但随时间增加又迅速升高。
（2）十八烷基苯磺酸盐弱碱复合体系与采油厂原油之间的动态界面张力降到最低值的速度相对较慢，且达到最低值后基本保持平衡。
（3）对采油厂油水的弱碱复合驱体系，十八烷基苯磺酸盐的烷基C数较适宜，能达到超低界面张力。
（4）适合采油厂油水的弱碱复合驱体系的烷基苯磺酸盐当量为430左右。
参考文献
[1]程杰成，王德民，李群等.大庆油田三元复合驱矿场试验动态特征.石油学报，2002.
作者简介
徐淼（1986—），女，在大庆油田有限责任公司第五采油厂试验大队从事化验工作，油藏专业（工作专业）。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15325211.htm
