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唐善法等．雙子表面活性劑（C12-2-12．2Br-）表面活性與驅(qū)油效率研究．鉆采工藝，2007，30（4）：127—129
    摘要：用滴體積法測定了幾種雙子表面活性劑和對應(yīng)常規(guī)單鏈表面活性劑的表面張力—濃度曲線，確定了各自的臨界膠束濃度，篩選出驅(qū)油用表面活性劑—C12-2-12．2Br-；并在不同條件下對其進行了室內(nèi)模擬驅(qū)油評價實驗。表面張力測試表明，雙子表面活性劑—C12-2-12．2Br-的臨界膠束濃度僅為547mg／L，對應(yīng)表面張力為30．72mN／m，較對應(yīng)單鏈表面活性劑DTAB具有更優(yōu)的表面活性。驅(qū)油實驗表明，C12-2-12．2Br-的驅(qū)油效率與濃度呈同向變化關(guān)系，其濃度為500mg／L即可提高采收率6．45％，其效果明顯優(yōu)于常規(guī)單鏈表面活性劑—DTAB；該劑更適合于中、低滲油藏水驅(qū)采收率的提高。
    關(guān)鍵詞：雙子表面活性劑；表面張力；臨界膠束濃度；表面活性；驅(qū)油效率中圖分類號：TR 357文獻標識碼：A文章編號：1006—768X（2007）04—0127—03
    雙子表面活性劑（Gemini surfactants）是一類具有兩個親水基團和兩個親油基團的特殊表面活性劑，具有比傳統(tǒng)面活性劑更優(yōu)的表（界）面活性，被喻為21世紀新一代表面活性劑[1]-[3]。其種類包括陽離子、陰離子、非離子和兩性離子等[4]。迄今，有關(guān)雙子表面活性劑的研究主要集中于其產(chǎn)物的合成與表面膠體化學(xué)性質(zhì)的研究[4]、[5]，而對該類新型表面活性劑的實際應(yīng)用，特別是其在油氣田開發(fā)方面的應(yīng)用，如提高原油采收率技術(shù)方面的應(yīng)用研究甚少[5]、[6]。本文用滴體積法測定了雙子表面活性劑與其對應(yīng)的常規(guī)單鏈表面活性劑的表面張力~濃度曲線，并確定了各表面活性劑的臨界膠束濃度；由此對比篩選出了高表面活性的雙子表面活性劑一C12-2-12．2Br-；后通過室內(nèi)模擬驅(qū)油實驗對比研究了雙子表面活性劑與相應(yīng)單鏈表面活性劑的驅(qū)油效率。
    一、實驗部分
    1．實驗藥劑
    雙子表面活性劑：二亞甲基—1，2—雙（十二烷基二甲基溴化銨）一C12-2-12．2Br-，二亞甲基—1，2—雙（十四烷基二甲基溴化銨）一C14-2-14．2Br-，N，N'—雙月桂?；叶范┧徕c；均由長江大學(xué)石油工程學(xué)院自行研制。
    單鏈表面活性劑：十二烷基*溴化銨—DTAB，十二烷基硫酸鈉，均為分析純。
    化學(xué)試劑：氯化鈉，分析純。
    2．實驗巖心與油水樣
    實驗巖心為模擬人造巖心；所用原油為模擬油，由南陽油田下二門原油與煤油按體積比225：85配制而成，其在剪切速率6 s-1時粘度為8．2mpa•s；所用水樣包括南陽油田下二門地層水和模擬地層水，總礦化度均為2000mg／L。
    3．表面活性劑溶液配制
    用電子天平稱取所需種類和數(shù)量的表面活性劑，分別用蒸餾水、地層水（或模擬地層水）和5000mg／L鹽水溶解，并轉(zhuǎn)入1000ml容量瓶定容，得所需濃度的含鹽與不含鹽的表面活性劑溶液，以備表面張力測試與驅(qū)油實驗用。
    4．實驗儀器
    JHR—高溫高壓巖心驅(qū)油裝置一套，滴體積法測表面張力裝置一套。
    5．實驗原理與步驟
    用滴體積法測定各類表面活性劑的表面張力的原理與步驟參見文獻[7]。實驗溫度23℃，待測液體為蒸餾水和蒸餾水配制的含鹽表面活性劑溶液，23℃時，蒸餾水的表面張力為72．275 mN／m。
    驅(qū)油實驗步驟：①將巖心抽空飽和地層水，測孔隙度；②將驅(qū)油裝置升溫至59℃（下二門油層溫度），地層水驅(qū)測巖心水相滲透率；③巖心飽和模擬原油并恒溫老化12h④水驅(qū)至無油產(chǎn)生，測水驅(qū)采收率；⑤注入0．5PV的含鹽（2000mg／L）表面活性劑溶液，后續(xù)水驅(qū)至無油產(chǎn)出；⑥計算表面活性劑驅(qū)提高采收率值和總采收率值。
    二、實驗結(jié)果及討論
    1．雙子表面活性劑的表面活性研究
    圖1是C12-2-12．2Br-、N，N'—雙月桂酰基乙二胺二丙烯酸鈉及相應(yīng)單鏈陽離子與陰離子表面活性劑的表面張力—濃度曲線。結(jié)果表明，就降低水的表面張力而言，雙子表面活性劑均優(yōu)于相應(yīng)單鏈表面活性劑，其平衡表面張力均低于單鏈表面活性劑。其中C12-2-12．2Br-表面活性*，DTAB表面活性差。為了進一步對比研究上述各表面活性劑的表面活性，通過對表面張力—濃度曲線作趨勢線，計算出了它們的臨界膠束濃度（以下簡稱cmc）和對應(yīng)的表面張力，有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果見表1。

    表1的結(jié)果表明，在四種表面活性劑中，不僅具有低的cmc，僅為547mS／L；
    而且其對應(yīng)的表面張力也低，只有30．72mN／m。由此表明，C12-2-12．2Br-確實具有*的表面活性，可以作為驅(qū)油用表面活性劑。而就N，N'，—雙月桂?；叶范┧徕c而言，雖然它較陰離子單鏈表面活性劑—十二烷基硫酸鈉的表面張力低，但cmc值卻偏高，這可能與該活性劑未提純有關(guān)。進一步研究表明，C1：-2-1：．2Br-與C12-2-12．2Br-相比，則具有相對較高的表面張力，即使在加量高達1％的情況下，其表面張力仍高達57．33mN／m，而在2000mg／L鹽水中為65．92mN／m。

    表2是不同含鹽量下，C12-2-12．2Br-在溶液中的臨界膠束濃度與對應(yīng)表面張力實驗結(jié)果。表中結(jié)果表明，增大表面活性劑溶液中的含鹽量，可以明顯降低C12-2-12．2Br-的臨界膠束濃度，但只使其對應(yīng)表面張力略微升高，其所受影響不大，不會對表面活性劑溶液的洗油效率或驅(qū)油效果產(chǎn)生大的影響。


    2．雙子表面活性劑驅(qū)油效率研究
    2．1不同陽離子表面活性劑驅(qū)油效果評價
    表3是C14-2-14．2Br-、C1-2-12．2Br-和DTAB三種表面活性劑在1000mg／L加量下，注入0．5倍孔隙體積后繼續(xù)水驅(qū)至無油產(chǎn)出時，所提高水驅(qū)采收率的結(jié)果。表中數(shù)據(jù)表明，C12-2-12．2Br-具有明顯的提高采收率效果，即使在較高的水驅(qū)采收率情況下，仍可提高采收率7．70％。相比之下，C14-2-14．2Br-即使在較低的水驅(qū)采收率情況下，其也未能提高采收率。同樣，DTAB提高采收率效果也不明顯，其提高采收率值僅為0．95％。結(jié)合表1、圖1及前面相關(guān)的表面活性劑表面活性研究結(jié)論可知，上述不同類別表面活性劑驅(qū)油結(jié)果與表面活性高低密切相關(guān)。表面活性高，則相應(yīng)的提高采收率能力強，反之，則差。由于C12-2-12．2Br-較C14-2-14．2Br-和DTAB的表面活性高，所以，在相同條件下，用其驅(qū)油提高采收率能力強、效果好。
2．2    C12-2-12．2Br-濃度對其驅(qū)油效果的影響
    表4是C12-2-12．2Br-變化對其提高采收率效果的影響。結(jié)果表明，隨著C12-2-12．2Br-使用濃度的提高（300mS／L、500mg／L、1000mg／L），在相同注入量下，其提高水驅(qū)采收率效果也逐步提高。實驗時發(fā)現(xiàn)，當注完0．5PV的C12-2-12．2Br-溶液后，通常在繼續(xù)水驅(qū)0．5—1．0PV時，才開始明顯或連續(xù)出油。這主要是表面活性劑驅(qū)替前沿或原油富集區(qū)到達巖心端部的結(jié)果。由此進一步表明了C12-2-12．2Br-表面活性劑的良好洗油效率或驅(qū)油作用。

    2．3    巖心滲透率變化對C12-2-12．2Br-驅(qū)油效率的影響
    從表5可以看出，濃度均為1000mg／L的C12-2-12．2Br-對不同的滲透率的巖心，其驅(qū)油效果明顯不同。即巖心滲透率愈低，則其提高水驅(qū)采收率能力相對更高。如巖心K3滲透率僅為巖心L15滲透率的一半，其提高采收率為7．70％，較之L15巖心而言，提高采收率能力高出近2倍。由此看來，C12-2-12．2Br-更適合于中、低滲油藏水驅(qū)采收率的提高。

    三、結(jié)論與認識
    （1）表面張力測試與cms計算表明，雙子表面活性劑C12-2-12．2Br-，具有的高表面活性，其cmc僅為547mg／L，其對應(yīng)低表面張力只有30．72mN／m；而增大表面活性劑溶液含鹽量則可明顯降低其cmc，但對其表面張力影響不大；是一種可作為提高水驅(qū)采收率用的驅(qū)油劑。
    （2）驅(qū)油實驗表明，雙子表面活性劑C12-2-12．2Br-確實具有良好的提高水驅(qū)采收率能力，明顯優(yōu)于相應(yīng)單鏈表面活性劑，而且隨其用量增加，其提高采收率效果相應(yīng)增大。當其使用濃度僅為500mg／L時，即可提高水驅(qū)采收率6．45％。
    （3）驅(qū)油實驗還表明，雙子表面活性劑C12-2-12．2Br-更適合于中、低滲油藏水驅(qū)采收率的提高。
參考文獻
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