摘要

采用旋轉滴法研究了陰離子表麵活性劑重烷基苯磺酸鹽（HABS）和石油磺酸鹽（PS）的界麵擴張流變特性。考察了振蕩頻率、表麵活性劑濃度、油相、界麵張力對界麵模量的影響，比較了HABS和PS的界麵膜強度和界麵活性的差異。結果表明，HABS的親水親油平衡能力比PS強，能將癸烷-水界麵張力和原油-水界麵張力降低至0.01 mN/m數量級。HABS和PS分子間均以靜電斥力為主，擴散-交換過程主導，界麵膜黏性較大。在癸烷-水界麵，分子尺寸較小的HABS擴散-交換更快，界麵膜的黏性比PS高，擴張模量在高濃度時降低得更明顯；原油中活性組分在原油-水界麵上混合吸附，造成HABS和PS界麵膜的黏彈特性相似。HABS與原油組分間存在協同效應，在將界麵張力降低至0.01 mN/m數量級的同時，還能維持一定的界麵膜強度，在提高原油采收率方麵有較大潛力。

作為三次采油的關鍵技術，化學驅在提高原油產量、擴大開采範圍、降低開發成本等方麵具有重要意義。其中，表麵活性劑驅通過降低油水界麵張力、乳化作用、改變岩石潤濕性等，提高原油流動性並有效提高原油驅替效率，具有廣泛的應用前景。

重烷基苯磺酸鹽（HABS）是重烷基苯經磺化反應得到的具有優異耐溫性能的高界麵活性表麵活性劑。同時由於成本優勢，HABS被廣泛用作洗滌劑、緩蝕劑、增塑劑、潤滑油添加劑和驅油劑。在驅油方麵，0.05%~0.2%的國產重烷基苯磺酸鹽的驅油效率比水驅高20%。Niu等人利用重烷基苯磺酸鹽與壬基酚十二烷基磺酸鹽的協同效應提高了潤濕性能和發泡性能。Li等人研究了重烷基苯磺酸鹽-弱堿-水解聚合物三元複合驅的界麵性質和微觀驅油機理。Liu等人注意到堿會破壞重烷基苯磺酸鹽形成的膠束、提高分配係數並降低油/水界麵張力。石油磺酸鹽（PS）是由石油餾分經磺化反應得到的一種界麵活性強、乳化能力好的陰離子表麵活性劑，能將油/水界麵張力降低至超低水平（10-3 mN/m數量級），在工業清洗、乳化劑、提高原油采收率等領域廣泛應用。Luan等人發現石油磺酸鹽與N,N-二羥乙基烷基酰胺羧酸鹽在提高原油采收率方麵具有協同效應。Zhao等人測定了石油磺酸鹽和重烷基苯磺酸鹽與木質素磺酸鹽複配體係的界麵張力，發現重烷基苯磺酸鹽與木質素磺酸鹽複配體係的界麵活性更好。

由於低界麵張力是提高原油采收率的關鍵參數，大量研究致力於尋找合適結構的表麵活性劑，以期獲得降低超低界麵張力。然而隨著研究的深入，研究者發現低界麵張力並不是決定原油采收率的唯一影響因素，界麵膜強度對於提高原油采收率同樣非常重要。界麵膜強度決定乳狀液穩定性和液滴形變能力，是控製原油乳狀液在孔隙中運移的關鍵因素，對驅油效率有較大影響。已有研究表明，較強的界麵膜強度和高黏度不利於原油在孔喉中的運移，而中等強度的界麵膜反而更有利於原油在孔隙中的運移。因此，確保低油水界麵張力的同時，調控油/水界麵膜強度對實現高驅油效率意義重大。

滴外形法是研究界麵擴張流變的常用手段，但當油水界麵張力低於5 mN/m時，由於液滴不能穩定存在於毛細管口，造成測量困難。旋轉滴法是一種利用離心力和界麵張力的關係來測量低界麵張力的實驗手段，能夠測量超低油/水界麵張力體係的界麵流變參數。張磊等人利用旋轉滴法測量了2-丙基-4,5-二庚烷基苯磺酸鈉在癸烷-水界麵的擴張流變性質，證明旋轉滴法與懸滴法的擴張模量值接近，是研究界麵擴張流變的有效手段。Alvarado利用旋轉滴法考察了瀝青質對十二烷基苯磺酸鈉在油/水界麵的流變性質的影響。Marquez等人利用旋轉滴法測定了十二烷基硫酸鈉、正戊醇和煤油體係的界麵性能，還研究了延展型硫酸鹽和壬基酚聚氧乙烯醚在高瀝青質含量的原油體係的界麵流變性質。Ma等人采用旋轉滴法比較了陰離子表麵活性劑十二烷基硫酸鈉、非離子表麵活性劑TX100、兩性離子表麵活性劑烷基磺基甜菜堿和延展型表麵活性劑烷基聚氧丙基醚硫酸鈉在癸烷-水界麵的擴張模量。然而，低界麵張力表麵活性劑重烷基苯磺酸鹽和石油磺酸鹽的界麵流變性質至今仍然缺乏報道。

為了闡釋低界麵張力陰離子表麵活性劑重烷基苯磺酸鹽和石油磺酸鹽在油/水界麵的行為，本文通過旋轉滴法考察了頻率、濃度等因素對重烷基苯磺酸鹽和石油磺酸鹽在癸烷-水界麵和原油-水界麵擴張模量的影響，分析其界麵膜強度和界麵活性的差異。這有助於深入理解重烷基苯磺酸鹽和石油磺酸鹽界麵膜性質的調控機製，對化學驅體係的設計和優化具有重要意義。

1實驗部分

1.1主要材料、試劑與儀器

石油磺酸鹽（PS），平均分子量為400，活性物含量為40%，大慶油田提供；重烷基苯磺酸鹽（HABS），平均分子量為450，活性物含量為45%，大慶油田提供；正癸烷，分析純，阿拉丁生化科技股份有限公司；大慶原油，大慶油田提供，酸值0.147 mg KOH/g，油藏溫度45℃；大慶模擬地層水的離子組成及含量如表1所示。

表1大慶模擬地層水的組成離子及含量

dIFT旋轉滴界麵張力/流變儀，芬蘭Kibron公司。

1.2實驗方法

采用CNGTX旋轉滴界麵張力/流變儀測量石油磺酸鹽和重烷基苯磺酸鹽溶液的界麵張力和界麵擴張模量。首先將石油磺酸鹽或重烷基苯磺酸鹽表麵活性劑溶液作為外相注入樣品管內，然後將癸烷或原油作為內相注入樣品管，接著將樣品管的轉速調整至8 000 r/min，捕捉油滴的麵積變化以計算界麵張力。當界麵張力達到穩態值後，對轉速進行振幅為2 000 r/min的正弦周期振蕩，使液滴麵積發生正弦周期變化，記錄液滴界麵麵積的正弦周期變化和界麵張力的正弦周期響應，計算界麵擴張模量。擴張模量（ε）為界麵張力（γ）變化與相對界麵麵積（A）變化的比值，如下式所示：

ε=dγdlnA

實驗溫度為45℃。界麵張力值的測量誤差小於3%，界麵模量的測量誤差小於5%。