双子表面活性剂溶液流变性研究.pdf

精细石油化工进展
ADVANCES IN FINE PETROCHEMICALS
第11卷第9期
双子表面活性剂溶液流变性研究
高大鹏张磊唐善法刘玉奎皮银银方文超
(长江大学石油工程学院油气钴采工程湖北省重点实验室,荆州434023)
摘要探讨了双子表面活性剂溶液独特流变性在提高原油采收率方面的应用前景,分析了
双子表面活性剂溶液流变性与其聚集体形态间的依赖关系;并从分子结构、溶液浓度、温度、剪切
速率以及外加剂等影响因素出发,详细阐述了双子表面活性剂溶液的增粘机理。最后针对阳离子
双子表面活性剂在实际应用中的不足,对进一步开展阴离子双子表面活性剂溶液流变性研究与应
用提出了自己的看法。
关键词双子表面活性剂流变性聚集体形态黏度
目前,随着低渗透油藏开发逐渐被各大油田而其二聚体(阳离子双子表面活性剂)在水溶液
所重视,聚合物驱对其应用的局限性愈见明显。中质量分数仅为1%时,就生成很长的线性胶束
鉴于双子表面活性剂优异的活性及其独特的溶液在质量分数为5%时,增粘效果明显,并具有粘弹
流变性,其在提高中低渗油藏原油采收率方面受性;在质量分数7%时,溶液跟胶一样。
到极大关注1-。近年来,国内外关于双子表面
冯玉军等?研究发现,双子表面活性剂溶液
活性剂溶液流变性研究主要集中于阳离子双子表的流变性主要受胶東形状影响,而离子头基的性
面活性剂方面,但阳离子双子表面活性剂在地层质对胶束形状影响甚微。如阳离子双子表面活性
中相对较高的吸附损失限制了其作为驱替剂应用剂C6
2Br和阴离子双子表面活性
的可能性,因此,有关阴离子双子表面活性剂及其C-2-C16·2Na'在水溶液中均形成蝶状胶束。
溶液流变性研究与应用逐步引起重视。据此,笔因此,在研究阴离子双子表面活性剂溶液流变性
者对双子表面活性剂溶液流变性研究现状进行了时,可与相同胶束结构阳离子双子表面活性剂溶
概述,并对阴离子双子表面活性剂溶液流变性研液进行类比。
究发展趋势提出了自己的看法。
2影响双子表面活性剂溶液流变性的因素分析
1双子表面活性剂溶液流变性与其聚集体形态2.1分子结构
的依赖关系
2.1.1碳链长度及其对称性的影响
大量实验研究结果表明(6-),双子表面活性
Hirata等)研究发现,季铵盐双子表面活性
剂溶液内部形成的聚集体对其流变性有重要影剂随疏水链增长,溶液内部聚集体曲率变小。韩
响。当溶液浓度超过其临界胶東浓度(cme)时,利娟等对其溶液黏度行为的研究结果证实了
双子表面活性剂分子会自动结合形成胶東。其胶这一点。50℃时阳离子双子表面活性剂
束类型包括:球状胶東、棒状胶束、线形胶束、磔状(cH2)2-a,0-[(CH3),N'C。H2n,Br-]1(记为
胶東、网状胶束、蠕虫状胶束或管状及层状胶東聚C。-2-C。?2Br)溶液黏度发生突变时,其对应
集体】;其中蠕虫状胶東体系是平衡聚合物系
浓度随烷基链增长而降低,大于该浓度后溶液黏
具有网状胶東结构。大量文献报道表明,球状胶
度则明显增大
柬及棒状胶束对溶液黏度贡献较小,而当溶液中
0da等?研究还发现,疏水链的对称性也影
形成网状胶束、蠕虫状胶朿时溶液粘弹性会明显
增加)。单链单头基的表面活性剂在低浓度时
通常形成球形胶团,增粘性较差;而双子表面活性
收稿日期:2010-06-29
剂在低浓度时即可形成曲率较小的胶束结构,增
作者简介:高大鹏,石油工程专业本科,现参与双子表面活性
剂提高原油采收率方面的研究
粘效果明显。如十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)
基金项目:国家重大专项(2008ZX05024-04-012);中国石
油天然气总公司中青年创新基金(2002F016);长江大学大
在水溶液中质量分数为10%时,黏度和水差不多,
学生创新实验计划项目(0923)。
010年9月
高大鹏等.双子表面活性剂溶液流变性研究
响其溶液聚集体形态。当双子表面活性剂分子的東浓度值降低。jang等叨研究发现反离子对
不对称性越明显,聚集体的曲率越大;当一条疏水C2-6~C2·2X的临界胶束浓度值和胶東离解
链长度不到另一条疏水链长度一半时,曲率増加度的影响按从小到大顺序排列如下:SO.2-<
尤为明显;此时溶液中只有球状或更小的胶束存NO3”在,溶液黏度较小。
0da等?研究了C6-2-C16?2X~体系中反
以上研究结果表明联接基长度相同时,双子离子对含氯有机溶剂胶凝性能的影响,发现x
表面活性剂烷基链越长,线状胶東之间越易形成网为内消旋酒石酸或工一苹果酸时,双子表面活性
络结构,增粘能力也越强,并且烷基链对称性越好,剂不形成凝胶,而当x-为L-或D-酒石酸时,
形成的聚集体曲率越小,增粘能力则相对更强。
能形成明显的凝胶,并且含有这两种反离子的双
2.1.2联接基长度及其类型的影响
子表面活性剂在溶液中分别形成了右螺旋和左螺
Danino等研究发现,(CH2),-a,o
旋结构的聚集体,这表明分子中反离子的手性也
[(CH)N'Cc.Hxa,r]2(记为Cm-S-Cn2B)联影响聚集体的形状
接基长度s较小时,大多形成曲率较小的聚集体。2,2浓度的影响
如C16-5-Cs6“2Br体系随s增大,其聚集体形
Kem等?曾报道了具有较短联接基的双子
态変化顺序为:囊泡和缠绕胶東→缠绕胶朿→球表面活性剂溶液奇特的黏度性质。随着双子表面
状胶東。对12-5-12结枃双子表面活性剂研究活性剂浓度的增加,溶液的黏度迅速增加,黏度值
发现,具有短链联接基的双子表面活性剂在低浓的增加甚至可达6个数量级之多。
度下形成蠕虫状胶束;如s=2和3时,双子表面
韩利娟等明考察了表面活性剂浓度对表面
活性剂溶液形成粘弹性较大且相互缠绕的蠕虫状活性剂溶液表观黏度的影响,结果见图2。由图2
胶束,而当s=4,8和12时形成球状胶束。以上
可见,双子表面活性剂溶液较稀时,随浓度的增
研究结果表明,联接基较短时,胶東曲率较小,溶
大,其黏度在某一浓度值发生突变,之后迅速增
液黏度较大。
大,如C1-2-C14·2Br稀溶液的表观黏度起初
此外,亲水且柔性的联接基比疏水、刚性联接
随着浓度加大变化较为缓慢,当达到转折点
基更有助于胶束生长。如图1所示,图1中A为
20g/L时,溶液黏度随浓度的加大而明显增大,这
带有疏水联接基的阴离子双子表面活性剂,B,C,种现象被认为是胶束快速生长的结果。然而当溶
D则为带有亲水联接基的阴离子双子表面活性
剂。但联接基s=2和3的双子表面活性剂,在所
液浓度过高时,部分双子表面活性剂溶液黏度不
观察的时间范围内没有表现出明显的时间依赖增反降(B~。
性
100
Gemini A
-Gemini C
-Emin D
30
0
10
浓度gL
468012146
图2双子表面活性剂溶液表观黏度
浓度/molL-1
随浓度变化关系
图1胶束数量随浓度的变化关系
与此同时,部分学者认为双子表面活性剂溶
2.1.3分子中反离子类型的影响
液浓度极低时,即使联接基长度较小,双子表面活
Zana?