高效表面活性劑研究

崔丹丹，李 輝

（中國石油大港油田采油工藝研究院，天津 300280）

室內研究發現單純的石油磺酸鹽在降低界面張力及乳化方面效果稍差[1]，而非離子表面活性劑，降低界面張力能力較強，但與原油的配伍性稍差，洗油效率較低。將二者復配使用可確保性能指標滿足現場應用需求。因此室內優選石油磺酸鹽表活劑BHS-01及非離子表活劑DWS-03，按照不同比例進行復配，得到命名為DPS的系列表面活性劑，并將該系列表面活性劑特性與單純石油磺酸鹽對比研究，分析其與原油的匹配性。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品及儀器

藥品：DPS（表面活性劑，有效含量為40%），240-340（表面活性劑，有效含量為 40%），340-520（表面活性劑，有效含量為40%），大港油田港西三區注入水，大港油田西新6-8-2井脫水原油。

儀器：TX500C界面張力儀；接觸角測定儀。

實驗溫度：53℃。

1.2 實驗方法

1.2.1 CMC測定 CMC值為表面活性劑的臨界膠束濃度，當表面活性劑溶液開始形成膠束時，溶液的許多物理性質（如蒸汽壓、界面張力、電導率以及滲透壓等）將發生突變。研究CMC值可確定表面活性劑降低界面張力能力。

測試原理：在表面活性劑濃度較低時，隨著濃度的增加，溶液的表面/界面張力急劇下降，當達到臨界膠束濃度時，表面/界面張力的下降則會很緩慢。以表面/界面張力對濃度作圖，曲線的轉折點就是CMC值。如果表面活性劑不純，溶液中含有高表面活性的物質（如醇類、胺類、脂肪酸類等），溶液的表面/界面張力-濃度曲線上的轉折可能變得不明顯，但仍然會出現一個最低值。這是鑒定表面活性劑濃度的方法之一[2]。港西三區注入水配制不同濃度表活劑溶液，按照標準SY/T 6424-2000中第4章的測定方法測定。

實驗采用港西三區現場注入水配制不同濃度表面活性劑溶液，用界面張力儀在53℃條件下測定與原油（西新6-8-2井）的界面張力。

1.2.2 HLB值測定 HLB值（Hydrophile-Lipophile Balance Number）稱親水疏水平衡值。一種性能好的表面活性劑要求有合適的HLB值，在水相和油相中的溶解度都小，主要存在于相界面上，充分發揮表面活性劑降低界面張力的作用。

HLB值的測定采用乳化法，乳化法的原理是用表面活性劑來乳化油相介質，當表面活性劑的HLB值與油相介質所需的HLB值相同時，生成的乳液穩定性最好。對于一般的水性表面活性劑，可以使用松節油（所需HLB值16）和棉籽油（所需HLB值為6）配制一系列需要不同HLB值的油相，每15份油相中加入5份待測表面活性劑，然后加入80份水，攪拌乳化，其中穩定性最好的試樣中油相所需的HLB值就是表面活性劑的HLB值。對于油性表面活性劑，可以固定油相為棉籽油[3]。

實驗用水為港西三區注入水，實驗方案（見表1、表2），如實驗方案所述，將松節油和棉籽油按照不同的比例調配成不同HLB值的油相，攪拌均勻待用，將表面活性劑按照表2中的投料比配制混合溶液，將試樣用高速攪拌儀攪拌2 min，然后靜止一段時間，觀察乳狀液的分水率，根據分水率判斷乳狀液的穩定性，乳化效果最好的即為所測表面活性劑的HLB值。測原油形成O/W乳狀液時的HLB值，基本類似于測表面活性劑HLB值的步驟。唯一不同的在于測原油是配制不同HLB值的表面活性劑，而測表面活性劑HLB值需要配制不同HLB值的油相。

表1 3種表面活性劑HLB值測定方案

表2 原油的HLB值（O/W型乳狀液）

1.2.3 潤濕性測定 實驗選用接觸角法測試表面活性劑對潤濕性的影響。為了模擬油藏的原始親油性，用硅油高溫處理載玻片，使載玻片變為親油性，然后將硅油處理過的載玻片浸泡在3種表面活性劑溶液中，在不同的時間點測試純水在載玻片上的接觸角，從而研究3種表面活性劑對潤濕性的影響。實驗方案（見表3）。

表3 實驗方案

2 結果與討論

2.1 表面活性劑CMC值研究

表面活性劑對比了3種不同類型的石油磺酸鹽，分別為 DPS、240-340、340-520，實驗結果（見圖1）。

由圖1可知，DPS表面活性劑的CMC值為0.1%，240-340磺化段表面活性劑CMC值為0.35%，340-520表面活性劑的CMC值為0.35%，幾種表面活性劑中，只有DPS表面活性劑的界面張力能達到超低（10-3mN/m），其形成膠束濃度最低，降低界面張力能力最強。

2.2 表面活性劑HLB值研究

實驗結果（見表4、表5）。從表中可以得知，240-340磺化段表面活性劑的HLB值為14，340-520磺化段表面活性劑的HLB值為16，DPS表面活性劑的HLB值為12，而原油形成O/W乳狀液的HLB值為10。表面活性劑的HLB值越大，越親水，反之，則親油性越強。一種好的表面活性劑要求有合適的HLB值，在水相和油相中的溶解度都小，主要存在于相界面上，充分發揮表面活性劑降低界面張力的作用。從實驗結果看，幾種表面活性劑都是親水性的，DPS的親水性略弱一些。油相和表面活性劑的HLB值相近時，乳化效果最好。原油形成O/W乳狀液的HLB值為10，故幾種表面活性劑中，DPS對原油的乳化效果最好。

圖1 不同表面活性劑降低界面張力曲線

表4 表面活性劑HLB值測試結果

表5 港西三區原油HLB值（O/W型）

表6 載玻片在DPS表面活性劑中的接觸角（單位：°）

表7 載玻片在240-340表面活性劑中接觸角（單位：°）

表8 載玻片在340-520表面活性劑中接觸角（單位：°）

2.3 表面活性劑的潤濕性

潤濕性是指固體表面上的氣體被水或水溶液等液體所取代，潤濕作用是一種界面或表面過程。在油氣田開發中，潤濕性是影響驅油效率的重要因素，利用表面活性劑將親油油藏轉變為親水油藏，從而提高采收率。

實驗結果（見表6～表8）。從表中可以看出，隨著時間的推移，載玻片由親油變為親水（載玻片的接觸角都越變越小），大多數體系在第4天后的接觸角變化都比較小，在第4天基本處于一種平衡狀態。隨著表面活性劑濃度的增加，載玻片接觸角變小，但變化不是很大。在3種表面活性劑中，第7天后，DPS系列表面活性劑浸泡的載玻片的接觸角最小，說明DPS表面活性劑改變潤濕性的效果最好。表面活性劑改變潤濕性的機理如下：親油固體（因油濕性物質吸附而親油）的潤濕性先取決于其上油濕性物質的脫附，然后取決于其上表面活性劑分子的吸附。

3 結論

（1）CMC值較低，降低界面張力能力強；

（2）表面活性劑DPS的HLB值與原油HLB值接近，乳化作用強；

（3）DPS表面活性劑接觸角最小，改變潤濕性的效果最好。

［1］岳曉云，樓諸紅，等.石油磺酸鹽表面活性劑在三次采油中的應用［J］.精細石油化工進展，2001，6（2）:48-52.

［2］黃志宇，何雁.表面及膠體化學［M］.北京：石油工業出版社，2000：50-51.

［3］朱文會，張金彥.表面活性劑的HLB值實驗測定方法［J］.河南科技，1987，（10）：11-13.