2.2陰離子與非離子表面活性劑混合溶液的相互作用參數(shù)

兩種單一表面活性劑混合后會產(chǎn)生相互作用，使得表面活性劑分子在界面上排列更為緊密，表面/界面活性提高，混合膠束也更容易形成。這種相互作用的程度可以通過計(jì)算相互作用參數(shù)來確定。根據(jù)正規(guī)溶液理論，Rubingh、Rosen等給出了非理想溶液混合物膠束模型方程用以計(jì)算表面活性劑之間的相互作用參數(shù)βm。

根據(jù)單一表面活性劑以及不同混合比下的CMC，采用公式(1)～(3)計(jì)算混合表面活性劑溶液膠團(tuán)熱力學(xué)參數(shù)，結(jié)果見表2。圖2和圖3分別給出了2種表面活性劑在不同混合比下實(shí)際混合和理性混合時(shí)膠束濃度以及AEO3S在膠束中的摩爾分?jǐn)?shù)的變化。

表2 AEO3S與LDA混合體系熱力學(xué)參數(shù)計(jì)算

圖2混合溶液中AEO3S摩爾分?jǐn)?shù)對表面張力的影響

圖3溶液中AEO3S摩爾分?jǐn)?shù)與膠束中的摩爾分?jǐn)?shù)關(guān)系

由圖2可知，實(shí)際混合物的CMC比理想混合物的CMC值低，說明AEO3S與LDA的相互作用導(dǎo)致二元混合物的非理想行為。當(dāng)混合比m(AEOS)∶m(LDA)為1∶2 ～ 4∶1時(shí)，AEOS在溶液中摩爾分?jǐn)?shù)從0.23變化到0.7，相互作用參數(shù)βm在-1.2～-2.7之間變化。一般來說，βm反映了混合體系中2個(gè)表面活性劑組分在膠束中分子相互作用程度，負(fù)的程度越大，相互作用程度越強(qiáng)。β值的正負(fù)表明相互作用的類型，βm>0時(shí)，表示二組分之間有相互疏遠(yuǎn)、排斥的作用。βm<0時(shí)，表示混合體系內(nèi)二組分之間有相互吸引作用，β絕對值的大小則反映出相互作用的程度，|βm|<3說明分子間相互作用較弱。說明分子間存在強(qiáng)烈的相互作用；3<|βm|<10說明分子間存在中等相互作用。由此可見，醇醚磺酸鹽陰離子表面活性劑AEO3S與非離子表面活性劑LDA在鹽水介質(zhì)中的相互作用程度較弱。另外，二元體系產(chǎn)生協(xié)同作用的必須滿足兩個(gè)條件[17]：(1)βm<0；(2)|βm|>|ln(C1/C2)|。由表2中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)知AEO3S與LDA混合溶液的熱力學(xué)參數(shù)均滿足兩個(gè)條件，說明二者具有降低CMC的協(xié)同作用。

2.3表面活性劑配比以及聚合物對界面活性的影響

采用地層模擬水配制表面活性劑溶液濃度為0.3%，實(shí)驗(yàn)探討了70℃表面活性劑配比對界面張力的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 AEO3S-LDA體系與魏崗原油的界面張力

由圖4可以看出，單一表面活性劑AEO3S與LDA同魏崗原油的界面張力均在10-1mN/m數(shù)量級，當(dāng)改變混合表面活性劑溶液中AEO3S與LDA質(zhì)量比為2∶3時(shí)，界面張力為0.003 14 mN/m，當(dāng)質(zhì)量比為1∶1時(shí)界面張力為0.005 23 mN/m，也就是說含有40%～50%AEO3S的混合表面活性劑溶液的界面張力均可達(dá)到超低界面張力(10-3mN/m數(shù)量級)，其他混合比時(shí)溶液的界面張力均在10-2mN/m數(shù)量級，這就表明AEO3S與LDA具有較好降低界面張力的協(xié)同作用。這是由于單一陰離子表面活性劑在油水界面排列時(shí)AEO3S分子負(fù)離子(—SO3—)基團(tuán)之間存在著斥力影響了分子排列緊密程度，當(dāng)加入非離子表面活性劑LDA后，LDA分子插入陰離子表面活性劑AEO3S之間，使得原來的AEO3S離子頭—磺酸基團(tuán)之間的電性斥力減弱，油水界面電荷密度減少，分子間排列緊密程度增加，使得油水界面張力大幅下降。

為方便后續(xù)實(shí)驗(yàn)的描述，將具有較高界面活性的40%AEO3S+60%LDA體系命名為LDAS驅(qū)油用復(fù)配表面活性劑。

2.4復(fù)配表面活性劑濃度對界面張力的影響

由于表面活性劑降低油水界面張力，可提高驅(qū)替相的洗油效率，而水溶性聚合物可以提高驅(qū)替流體的黏度，進(jìn)而降低水油流度比，從而使驅(qū)油劑具有更大的波及體積[18-19]。因此，常常將表面活性劑與聚合物復(fù)配構(gòu)成二元驅(qū)油體系用于提高石油采收率。

實(shí)驗(yàn)固定聚合物濃度0.12%HPAM，改變LDAS用量，70℃下測試驅(qū)油體系與原油之間的界面張力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 LDAS濃度與界面張力的關(guān)系

由圖5可知，無論溶液有無聚合物存在，隨著復(fù)配表面活性劑LDAS濃度的增加界面張力呈現(xiàn)先下降而后略有增加的現(xiàn)象。無聚合物時(shí)，活性劑LDAS濃度在0.1%～0.4%時(shí)界面張力均處于超低界面張力范圍；加入0.12%HPAM后，油水界面張力略有上升，但0.2%和0.3%LDAS溶液與魏崗原油間的界面張力仍然很低，分別為0.003 8 mN/m和0.004 5 mN/m，表明復(fù)配表面活性劑體系具有很高的界面活性。

3結(jié)論

a.醇醚磺酸鹽AEO3S和月桂酸二乙醇胺(LDA)在地層水中的CMC分別為0.131和0.26 mmol/L，表面張力分別為37.3和30.25 mN/m，兩者混合后溶液的CMC和表面張力均下降，表明兩種表面活性劑的復(fù)配有利于降低混合溶液的臨界膠束濃度和表面張力，活性提高。

b.AEO3S與LDA的復(fù)配體系在形成膠束上表現(xiàn)出一定協(xié)同作用，AEO3S更易于進(jìn)入混合膠束中。兩者質(zhì)量比為1∶2和2∶3時(shí)相互作用參數(shù)最大，CMC和表面張力(γCMC)都較低。

c.以魏崗原油作為內(nèi)相測試了混合表面活性劑體系的界面活性，復(fù)配體系40%～50%AEO3S+60%～50%LDA的界面張力達(dá)到10-3mN/m數(shù)量級，比單一表面活性劑的界面張力高出2個(gè)數(shù)量級，表現(xiàn)出良好的界面活性。

d.當(dāng)m(AEO3S)∶m(LDA)=2∶3時(shí)，在0.12%HPAM存在下，0.2%～0.4%復(fù)配表面活性劑可以使油水界面張力降到超低值，可用于高凝原油的驅(qū)油。