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際混合和理性混合時膠束濃度以及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，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，表示二組分之間有相互疏遠(yuǎn)、排斥的作用。βm<0時，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條件[17]：(1)βm<0；(2)|βm|>|ln(C1/C2)|。由表2中實驗數(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%，實驗探討了70℃表面活性劑配比對界面張力的影響，實驗結(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，界面張力為0.003 14 mN/m，當(dāng)質(zhì)量比為1∶1時界面張力為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)實驗的描述，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。

實驗固定聚合物濃度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，實驗結(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，活性劑LDAS濃度在0.1%～0.4%時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，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。