添加剂对驱油用表面活性剂界面性能的影响

摘　要：本文应用气相色谱、红外光谱、核磁共振等分析方法，对辽河油田某区块原油进行了组分、结构和原油酸值分析，在此基础上，研究了碱，盐，极性分子等添加剂对一种常见的表面活性剂6501降低界面张力性能的影响。结果表明，碱，盐，极性分子等添加剂的加入，可以与表面活性剂间形成正协同效应，能够进一步降低油水间界面张力。

关键词：添加剂　化学驱　表面活性剂　界面张力

三次采油化学驱可以大幅度提高原油采收率，如聚合物/碱/活性剂三元复合驱在大庆油田的现场试验，可以提高采收率20%左右[1]。聚合物/活性剂二元驱油体体系的粘度和弹性比三元体系高很多，因此驱油效率和波及体积有可能更高，即采收率更高[2]。而这两种驱油体系的驱油效果与表面活性剂的性能有很大的关系。目前化学驱用表面活性剂品种较多，普适性很差[3,4]，针对某些原油时需要加入少量添加剂才能够使油水间界面张力达到超低（

一、实验部分

1.试剂与原油

表面活性剂：6501。试剂：正已烷，二氯甲烷，乙醇，NaOH，HCL，Na2CO3，NaCl，Na2SO4，CaCl2，MgSO4，Na2CO3，正丁醇，正己醇，正癸醇，均为分析纯试剂。

原油：辽河油田某区块脱水原油。

2.主要仪器设备

Texas-500C型旋转滴超低界面张力仪。

3.原油组分分析

分别利用红外、紫外光谱、GC-MS和核磁共振仪分析方法，测定分析原油组分、特征基团、碳链分布及结构特征。

二、原油分析

目前化学驱用表面活性剂与不同区块原油间的界面张力性能差异很大。这和原油的酸值、原油结构、原油中的极性物质的多少有关，因此需要对原油进行分析。下面是对辽河油田某区块原油分析的结果。

1.原油烃分子链的分布测定

分析结果表明，原油中主要成分为饱和链状碳氢化合物，碳原子数在12-30之间，其中19-20碳数的烃含量最高，碳原子数超过30以上的化合物量较少。由于同系物之间还有一些色谱峰，说明存在较多的同分异构体，或者说有较多的支链结构。

2.原油中的酸性成分分析

在实验过程中，我们观察到原油样品在氢氧化钠水溶液中搅拌，会产生很明显的乳化作用。与此形成鲜明对照地是，在碳酸氢钠水溶液中搅拌，原油样品基本上未产生明显的乳化作用。根据上述实验结果，我们认为原油中的羧酸含量度比较低，其酸性物质主要为烷基酚类化合物。表1　原油中酸含量的测定结果

三、添加剂对表面活性剂界面性能的影响

1.碱的加入对界面张力的影响

实验结果列于表2中。首先，我们测定了原油在0.3%的碳酸钠水溶液中界面张力的变化情况。油样与0.3%的碳酸钠水溶液混合的瞬间，界面张力有所下降，但是很快回弹，在数分钟内恢复成油珠。

将一定浓度的表面活性剂6501水溶液与碳酸钠水溶液混合使用，显示出明显的协同效应。油样的界面张力可以从10-2数量级下降到10-3数量级。

根据前面的酸性成分分析，我们认为原油中所含的烷基酚在碱作用下形成了具有表面活性作用的烷基酚钠，它与表面活性剂6501之间有良好的协同效应。而单独使用碱对油样的界面张力的降低程度很低，这意味着这些烷基酚转变成钠盐后，更倾向于进入油相。表2　碱的加入对界面张力的影响

2.盐的加入对界面张力的影响

实验测定了表面活性剂6501与不同种类无机盐复配使用后，油水间界面张力的变化情况。具体结果列于表3中。从表中可以看出：随着NaCL浓度的提高，界面张力不断降低。盐浓度提高到0.6%后，界面张力可以下降到10-4数量级。硫酸钠的效果也十分好，当浓度达到0.3%时，就可以使界面张力达到10-3数量级。但是二价阳离子的氯化钙、硫酸镁等则效果明显较差。因此，我们认为对水溶性较好的表面活性剂，加入一价金属离子盐可以使更多的表面活性剂分子聚集于油水界面上，这对降低油水界面张力是十分有益的。表3　盐的加入对界面张力的影响

3.极性小分子的加入对界面张力的影响

我们考察了表面活性剂6501与短链醇复合使用对正烷烃的影响。如表4所示，正丁醇的加入对降低短链的正庚烷的油水界面张力较明显，对正十二烷和正十六烷效果较差。正己醇的情况与正丁醇较相似。正癸醇的加入则情况明显不同，正十二烷和正十六烷的界面张力降低效果明显要好于正庚烷。这些说明极性分子的亲水亲油性、表面活性剂的亲水亲油性与烃分子的结构之间确实存在明显的内在联系。表4 极性小分子的加入对界面张力的影响*

*实验中表面活性剂6501的质量分数为0.3%，极性小分子为0.2%。

四、结束语

综上所述，在表面活性剂溶液中加入碱、一价阳离子盐类和极性小分子等添加剂，对表面活性剂降低油水间界面张力的能力会产生很大的影响，价阳离子盐类能够降低表面活性剂的水溶性，使表面活性剂趋向于在油水界面分布；在酸值较高的原油中，碱的加入可以大幅度降低油水界面张力；而极性小分子的使用要与原油的分子结构相适应。参考文献[1] 程杰成，廖广志，杨振宇等.大庆油田三元复合驱矿场试验综述.大庆石油地质与开发，2001，2（17）：46-49[2] 韩冬，沈平平.表面活性剂驱油原理及应用.北京，石油工业开发出版社，2001：53-88[3] 郭万奎，杨振宇，等. 用于三次采油的新型弱碱表面活性剂[J].石油学报，2006，27（5）：75-78[4] 沈平平，愈稼镛.大幅度提高采收率的基础研究[M]. 北京：石油工业出版社，2004：10-14 作者简介：张向宇（1980—），男，博士研究生，从事三次采油化学驱研究工作。