一種陰/非離子表面活性劑的靜態吸附實驗研究

余曉玲

（江蘇油田分公司石油工程技術研究院，江蘇揚州225009）

一種陰/非離子表面活性劑的靜態吸附實驗研究

余曉玲

（江蘇油田分公司石油工程技術研究院，江蘇揚州225009）

研究了陰/非離子兩性表面活性劑SHSA-01在S7凈砂以及單礦物上的靜態吸附規律，采用紫外分光光度法測定吸附前后溶液濃度變化。結果表明，石英石最大吸附量為0.813 mg/g左右，表面活性劑在幾種礦物吸附量大小順序為：石英石＜鉀長石＜方解石＜伊利石＜綠泥石。儲層中黏土礦物的含量決定了表面活性劑的吸附程度，沙7凈砂對SHSA-01的吸附量隨濃度的增加而增加；礦化度越大，吸附量越小；表面活性劑在儲層砂上的靜態吸附量均隨浸泡時間的延長而增加，24 h后吸附量增加相對緩慢。聚合物62210的加入有利于降低SHSA-01的吸附損失，且降低程度較大。

陰/非離子兩性表面活性劑；紫外分光光度法；儲層凈砂；單礦物；吸附

化學驅三次采油技術的成功與否，除了體系的驅油技術指標外，化學劑在油層巖石上的吸附滯留量是最重要且最直接的影響因素。三元、二元或者表面活性劑驅中，表面活性劑除了與地下流體反應外，必然在儲層礦物上進行吸附，損耗表面活性劑，導致精心篩選的驅油體系由于濃度過低而失效，直接影響到驅油體系在運移過程中的驅油效率和經濟成本［1，2］；另外，開展表面活性劑靜態吸附實驗，還可以得到表面活性劑在巖石上的吸附規律、吸附特征等參數。因此研究表面活性劑的吸附具有非常重要的意義。

1　表面活性劑的吸附機理

陰離子表面活性劑與礦物體系的理想吸附等溫線可分為4個階段［2］。Ⅰ段符合Henry定律，吸附量與表面活性劑的質量濃度成正比，吸附主要由靜電引力引起，且烷烴鏈與礦物表面有較強的作用，吸附以單層吸附狀態存在。Ⅱ段時，吸附量隨質量濃度的增加而增加，是由吸附分子側間力的作用引起的。在液-固界面上吸附的表面活性劑分子聚結成二維半膠束吸附狀態，半膠束具有擬烴的性質，烴鏈間的范德華力引起的內聚作用可進一步吸附自由表面活性劑分子。Ⅲ段時，吸附量隨濃度的增加變緩，固體表面的最佳吸附位已被完全占據，形成雙層吸附。由于第二吸附層表面負電荷的存在，開始出現表面的排斥作用。Ⅳ段時，吸附不再隨濃度的增加而增加，體系達到臨界膠束濃度，表面活性劑分子開始締合成膠束。在上述體系中，存在單個表面活性劑分子-膠束-吸附層分子間的動態平衡，同時出現膠束同吸附層對單個活性劑分子的爭奪和膠束同吸附層之間的靜電排斥作用。

2　靜態吸附實驗

吸附研究表明，油砂與溶液的質量比（固液比）為1:3～1:10對吸附量無顯著影響［3］，本實驗研究中選擇固液比為1 g：3 mL、1 g：5 mL、1 g：8 mL。為了確定吸附達到平衡所需的時間，研究表明［4］，8 h～20 h即能達到吸附平衡，為確保達到充分的吸附平衡，本實驗將平衡時間定為24 h。

2.1實驗材料

主要儀器：恒溫振蕩器；高速離心機；紫外分光光度計；萬分之一天平。

主要試劑：SHSA-01陰離子兩性表面活性劑，其表達式為R1-O-（R2O）m-R4，相對分子質量均為400～ 700；高嶺土，分析純；蒙脫土，分析純；石英石，分析純；沙7凈砂，80目～120目；NaCl，分析純；CaCl2，分析純；MgCl2·6H2O，分析純；蒸餾水。

2.2測試步驟

在可密封瓶中放入凈砂15 g，用鹽水配制一定濃度的SHSA-01溶液，加入5 g固體粉末，蓋緊塞子，至少做兩個平行樣，置于恒溫空氣振蕩器中，在83℃下振蕩24 h后取出，離心30 min后，取上層清液，測定吸附前后溶液的濃度變化。靜態吸附量按以下公式進行計算［5］：

式中：Γ-靜態吸附量，mg/g，表示每克巖石吸附表面活性劑的毫克數；G-表面活性劑溶液的總質量，g；C0-表面活性劑溶液的初始濃度，mg/g；Ce-表面活性劑溶液的平衡濃度，mg/g；m-巖石或礦物的質量，g。

2.3紫外分光光度法濃度測試原理

不同結構的有機化合物分子對電子輻射有選擇性吸收。利用吸附前后紫外吸收差異計算吸附前后濃度差。

2.3.1測試步驟

（1）以吸附前的0.3%活性劑溶液作為標準液，用鹽水配制一系列已知濃度的溶液，用鹽水做背景測276 nm處的吸光度值，繪制吸光度對濃度的關系曲線，即工作曲線；

（2）取吸附離心后清液，用鹽水配制成合適的濃度，用鹽水做背景測試276 nm處的吸光度值，對照工作曲線，求得吸附后的濃度。

3　實驗結果及分析

3.1標準工作曲線

將0.3%SHSA-01（注入水配，礦化度800 mg/L）、0.3%SHSA-01（地層水配，礦化度18 000 mg/L）、0.3% SHSA-01（礦化度5 000 mg/L）以及0.1%62210+0.3% SHSA-01（注入水配）按一定比例稀釋成一系列濃度的溶液，將其配制水做背景在276 nm處測定吸光度值，繪制吸光度對應的關系曲線，結果（見圖1a、b、c、d），吸附后的溶液離心后用紫外分光光度在276 nm測定吸光度值，再根據相應的溶液的標準工作曲線回歸出吸附后的濃度，以此求出吸附量。

3.2常見巖石礦物組分對表面活性劑靜態吸附影響

5種巖石礦物對表面活性劑SHSA-01不同濃度下的靜態吸附（見圖2）。從圖2可以看出，幾種巖石礦物吸附的基本情況是：隨著初始濃度的增加，吸附量逐漸增大；表面活性劑在石英砂上的吸附量為0.813 mg/g，在石英砂上的吸附量小。鉀長石上吸附的吸附量也比較小，長石的吸附量略大于石英，與長石解理縫發育、以及易于風化形成的溶蝕孔、縫有關。在方解石上的吸附量比在鉀長石和石英砂上的吸附量有增加的趨勢。表面活性劑在伊利石上的吸附量非常大，表面活性劑在綠泥石的吸附量比在石英砂、方解石的要大許多，說明表面活性劑在綠泥石上也有較高的吸附量，但比在伊利石上的吸附量要小。表面活性劑在幾種礦物吸附量大小順序為：石英石＜鉀長石＜方解石＜伊利石＜綠泥石。

圖1　SHSA-01標準工作曲線

圖2　不同濃度表面活性劑在巖石礦物上的吸附量

3.3儲層砂對表面活性劑吸附量評價

在油層溫度83℃下對沙7凈砂（80目～120目）進行吸附試驗，考察儲層砂對SHSA-01的吸附情況，表面活性劑SHSA-01溶液的質量濃度分別為0.3%、0.5%、0.7%、1.0%，均由沙7注入水配制，結果（見圖3）。從圖3中可以看出，隨著SHSA-01質量濃度的增加，其在凈砂上的吸附量不斷增加，到濃度為0.5%時最大吸附量為17.558 6 mg/g，吸附曲線逐漸平穩。

3.4礦化度（水型）對表面活性劑體系在凈砂上吸附量的影響

考察了礦化度（水型）對SHSA-01濃度為0.3%時在沙7凈砂上的吸附情況，沙7注入水礦化度為924.33 mg/L左右，所用地層水為沙7～9地層水，總礦化度為15 027.42 mg/L，含5 000 mg/L的標準鹽水為NaCl溶于蒸餾水中配制。實驗結果表明（見表1），隨著礦化度的增加，0.3%SHSA-01在凈砂上吸附量逐漸減小。

圖3　儲層砂對SHSA-01的吸附量

表1　不同礦化度對SHSA-01在凈砂上的吸附量

3.5接觸時間對表面活性劑吸附量的影響

表面活性劑溶液與儲層的接觸時間對表面活性劑吸附量影響程度，隨著時間的延長，表面活性劑在儲層砂上（60目～80目）的吸附呈增加趨勢，24 h之后，吸附量的增加趨勢趨于平緩。不同濃度的表面活性劑在儲層砂上的靜態吸附量均隨浸泡時間的延長而增加，且前24 h吸附量增加較快，24 h后吸附量增加相對緩慢。在前24 h礦物顆粒表面干凈，表面活性劑的親水基團短時間內即吸附于顆粒表面，因此開始時表面活性劑的吸附量大，同時也表明，表面活性劑達到平衡的靜態吸附時間需要24 h（見表2）。

表2　不同時間表面活性劑在儲層砂的吸附量

3.6聚合物對礦物及巖石凈砂的吸附影響

在濃度為0.6%SHSA-01加入0.2%聚合物62210溶液，使得加入后SHSA-01濃度為0.3%，聚合物濃度為0.1%，考察了該溶液在油藏溫度83℃下振蕩24 h石英石、蒙脫土、高嶺土以及沙7凈砂上的吸附情況，與未加聚合物的0.3%SHSA-01（注入水配）進行比較，考察聚合物對表面活性劑吸附的影響情況結果（見表3）。

表3　聚合物加入對SHSA-01吸附量的影響

聚合物是二元、三元體系中的一個組分，考察了聚合物對表面活性劑在油砂上的吸附量的影響。由表3可知，溶液中加入聚合物后，吸附量降低。其主要原因是聚合物與表面活性劑的競相吸附，占據了部分吸附位，減少了油砂表面的空吸附位，從而降低表面活性劑的吸附量。同時，聚合物的加入，增加了體系的黏度，減小了表面活性劑的分子與巖石表面接觸的幾率，從而降低了活性劑的吸附量。另外，0.1%62210+0.3% SHSA-01加入蒙脫土和高嶺土之后，溶液很難將礦物粉末均勻分散，粉末團成一團，導致溶液很難潤濕礦物粉末，這也是蒙脫土和高嶺土吸附量大幅度降低的原因。因此，聚合物的加入對降低SHSA-01的吸附是有一定幫助的，起到了犧牲劑的作用。

4　結論

（1）幾種巖石礦物吸附的基本情況是：隨著初始濃度的增加，吸附量逐漸增大；表面活性劑在石英砂上的吸附量均不超過1 mg/g，在石英砂上的吸附量比較小。

（2）不同濃度的表面活性劑在儲層砂上的靜態吸附量均隨浸泡時間的延長而增加，且前24 h吸附量增加較快，24 h后吸附量增加相對緩慢。

（3）沙7凈砂對SHSA-01的吸附隨著SHSA-01質量濃度的增加，其在凈砂上的吸附量不斷增加，儲層中黏土礦物的含量決定了表面活性劑的吸附程度。

（4）礦化度增加，0.3%SHSA-01在凈砂上吸附量增大。

（5）聚合物的加入有利于降低SHSA-01在礦物及凈砂的吸附損失。

［1］張繼芬，趙明國.提高石油采收率基礎［M］.北京：石油工業出版社，2007.

［2］楊承志，韓大匡.化學驅油理論與實踐［M］.北京：石油工業出版社，1996.

［3］Somusundurun P，Shrolri S，Huung L.Thermodynamics of adsorption of surfactants atsolid-I iquid interface［J］.Pure and Applied Chermistry，1998，70（3）:621-626.

［4］毛宏志，李干佐，徐桂英，等.天然混合羧酸（鹽）復合驅油體系靜態吸附的研究［J］.日用化學工業，1997，（2）：9-11.

［5］李道山，侯吉瑞，徐瑞娟.三元復合驅油液各組分在大慶油砂上的吸附研究［J］.油田化學，2001，18（4）：358-361.

The static adsorption research of anion/nonionic surfactant

YU Xiaoling
（Petroleum Engineering Technological Research Institute of Jiangsu Oilfield Company，Yangzhou Jiangsu 225009，China）

The static adsorption law of anion/nonionic surfactant SHSA-01 on oil sand in S7 block and mineral have been developed.According to the ultraviolet spectrophotometric method，we have determined the concentration of solution before adsorption or after.The results showed that the static adsorptive capacity on silica sands was 0.813 mg/g at most.The adsorption degree of SHSA-01 on 5 kinds of mineral powder is as follows，silica sand＜potassium feldspar＜calcspar＜glimmerton＜chlorite.The content of clay mineral in reservoir determined the degree of the adsorption.The higher concentration of SHSA-01 in Sha-7 block，the more adsorption.High sality，and otherwise low absorption.More steeping time，high adsorption，the balance time is 24 h.It's benefit to reduce the absorption for adding the polymer 62210，and reduced a great degree.

anion/nonionic surfactant；ultraviolet spectrophotometry；oil sand；mineral；absorption

O647.31

A

1673-5285（2016）10-0130-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.10.030

2016－07-26

余曉玲（1981-），江蘇省揚州市人，工程師，碩士學位，2008年畢業于西南石油大學油氣田開發專業，主要從事提高采收率技術工作，郵箱：yuxiaoling.jsyt@sinopec.com。