2.4 黏度和TEM

一方面，黏度增強(qiáng)了液膜的強(qiáng)度和彈性，使其更難破裂，從而延長(zhǎng)泡沫時(shí)間；另一方面，高黏度液體的流動(dòng)性較差，降低了液體從氣泡膜中排出的速率，延遲了液膜變薄和泡沫坍塌，改善了攜液性能。除了對(duì)液膜的影響外，高黏度液體還能阻礙氣泡的相互運(yùn)動(dòng)和合并，以保持泡沫結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。

使用2.2.4節(jié)描述的方法，在剪切速率范圍50-200 s?1下進(jìn)行黏度測(cè)量。如圖7所示，無(wú)NaCl時(shí)黏度：AE2S ≈ AE5S ≈ AE7S，AES黏度差異很小。100和200 g/L NaCl時(shí)：AE2S > AE5S > AE7S。

總體而言，在50 s?1至200 s?1的剪切速率范圍內(nèi)系統(tǒng)測(cè)量了AEnS溶液的黏度特性。AEnS溶液的黏度隨NaCl質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)先降低后增加的非線性趨勢(shì)。這一現(xiàn)象可歸因于AEnS分子之間的顯著靜電排斥。隨著NaCl質(zhì)量濃度的增加，溶液中的Na?通過(guò)電荷屏蔽效應(yīng)削弱表面活性劑分子之間的靜電排斥，導(dǎo)致分子間距離縮短和不同程度聚集體的形成，這可能是黏度最初降低的主要原因。然而，隨著Na?濃度的進(jìn)一步增加，AEnS分子形成的膠束在尺寸和形態(tài)上發(fā)生顯著變化。膠束之間相互作用增強(qiáng)的證據(jù)表明，這可能形成更復(fù)雜的超分子結(jié)構(gòu)（如蠕蟲(chóng)狀膠束或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)），導(dǎo)致溶液黏度增加。

在200 g/L NaCl下，AE2S的黏度高于AE5S和AE7S。通過(guò)TEM觀察了不同NaCl質(zhì)量濃度下的AE2S。

如圖8所示，AE2S溶液中聚集體的數(shù)量和結(jié)構(gòu)隨NaCl質(zhì)量濃度的增加而顯著增加。當(dāng)NaCl質(zhì)量濃度進(jìn)一步增加時(shí)，表面活性劑分子與Na?的結(jié)合增強(qiáng)，導(dǎo)致聚集機(jī)制從AE2S的簡(jiǎn)單分子間聚集轉(zhuǎn)變?yōu)樯婕癆E2S、Na?和H?O的復(fù)雜聚集過(guò)程。這種轉(zhuǎn)變導(dǎo)致大規(guī)模"樹(shù)枝狀"聚集體結(jié)構(gòu)的形成，這可能是AE2S溶液黏度趨勢(shì)顯著變化的主要原因。AE7S在200 g/L NaCl下的聚集形態(tài)與相同條件下AE2S的形態(tài)顯著不同。這種形態(tài)差異直接導(dǎo)致了兩者的黏度變化，進(jìn)一步證明了膠束聚集狀態(tài)對(duì)溶液黏度的決定性影響。

2.5 泡沫性能

如圖9所示，在無(wú)NaCl條件下，EO數(shù)越高，AES在0.1%濃度下的泡沫性能越好。隨著NaCl質(zhì)量濃度增加到100 g/L和200 g/L，EO數(shù)與泡沫性能之間呈負(fù)相關(guān)。AE2S的泡沫半衰期和攜液效率分別為382 s和86%。在100 g/L NaCl條件下，AE2S的泡沫性能增強(qiáng)，泡沫半衰期和攜液效率分別增加到568 s和90%。

使用相同設(shè)備對(duì)泡沫進(jìn)行測(cè)試表明，AEnS系列在含100 g/L和200 g/L NaCl條件下仍能發(fā)泡，攜液率如表4所示。在100 g/L NaCl條件下，EO數(shù)越高，AEnS的凝析油抗性越強(qiáng)；此時(shí)，AE2S尚未形成較大的膠束結(jié)構(gòu)，而較高的EO數(shù)傾向于形成小而穩(wěn)定的膠束。在200 g/L NaCl條件下，AE2S已形成較大的膠束結(jié)構(gòu)，因此AE2S的泡沫結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固，具有更強(qiáng)的凝析油抗性。

2.6 分子動(dòng)力學(xué)模擬

我們進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬以評(píng)估AEnS的NaCl耐受性。最初模擬了NaCl分子對(duì)AE2S、AE5S和AE7S在水-氣界面吸附的影響。含AEnS的泡沫模型在液相中的平衡構(gòu)型如圖10所示。在平衡條件下，三種表面活性劑幾乎都保留在真空-水界面，證實(shí)了AEnS優(yōu)異的發(fā)泡性能。在30和60 NaCl條件下的結(jié)果也可比。隨后對(duì) varying NaCl條件下AEnS的RDF和MSD分析進(jìn)行了研究。

RDF表示在距離參考粒子r處找到其他粒子的概率，反映粒子的空間分布，也表示為g(r)。圖11（a-c）展示了不同NaCl分子體系中水分子圍繞AEnS親水頭基的RDF曲線。積分g(r)量化了與頭基結(jié)合的水分子數(shù)，如表5所示。從圖11和表5可以看出，曲線在水平坐標(biāo)約2.4 ?處有一個(gè)第一峰，對(duì)應(yīng)于在該距離從頭基形成第一水合層。第一水合層內(nèi)的水分子數(shù)隨NaCl質(zhì)量濃度的增加而減少。此外，在約4.0 ?處出現(xiàn)第二個(gè)特征峰，表明AEnS頭基周圍水合層的結(jié)構(gòu)變化。AEnS頭基與Na?之間的RDF（圖11d-f）證實(shí)Na?能夠滲透第二水合層并與親水頭基直接相互作用。

表6進(jìn)一步顯示Na?能夠進(jìn)入極性頭基的第一和第二水合層，改變水分子與極性頭基之間的相互作用。

由于Na?與H?O在第一和第二水合層中的空間位阻，水合層中的水分子數(shù)減少，這直接降低了泡沫攜液效率。H?O與AEnS之間發(fā)生氫鍵作用。同時(shí)，H?O中弱負(fù)電性的O原子與AEnS帶負(fù)電荷的親水頭基通過(guò)靜電吸引與Na?相互作用。AEnS、H?O和Na?之間的這些相互作用形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)了AEnS的泡沫半衰期。這一現(xiàn)象解釋了TEM中觀察到的200 g/L AE2S出現(xiàn)"樹(shù)枝狀"聚集體的現(xiàn)象。

為了進(jìn)一步研究第一水合層中水分子的遷移性，采用MSD方法分析AEnS頭基附近結(jié)合水的擴(kuò)散行為。MSD曲線的斜率表示擴(kuò)散速率，AE2S、AE5S和AE7S在100 g/L NaCl溶液中的MSD曲線如圖11（g-i）所示。從MSD曲線計(jì)算了各表面活性劑在不同NaCl溶液中的擴(kuò)散系數(shù)，如表7所示。對(duì)于AE2S和AE5S，NaCl的加入促進(jìn)了它們的擴(kuò)散過(guò)程，而AE7S在60 NaCl分子體系中的擴(kuò)散系數(shù)仍低于純水中。這一現(xiàn)象證實(shí)AE2S和AE5S在NaCl溶液中比AE7S表現(xiàn)出更好的發(fā)泡能力。在同一NaCl分子體系中，擴(kuò)散系數(shù)的大小與AEnS的發(fā)泡能力相關(guān)，表明AE2S在60 NaCl體系中表現(xiàn)出最佳的整體泡沫性能。

3 結(jié)論

本研究調(diào)查了三種不同EO數(shù)的AEnS在80°C和三種不同NaCl質(zhì)量濃度下的泡沫穩(wěn)定性和攜液效率。我們還初步評(píng)估了AEnS在氣井排水采氣和產(chǎn)氣方面的性能。此外，通過(guò)動(dòng)態(tài)表面張力、界面張力、液膜厚度、黏度、TEM和分子動(dòng)力學(xué)模擬探索了機(jī)理，得出以下結(jié)論：

1）AE2S實(shí)現(xiàn)了較低的動(dòng)態(tài)表面張力和界面張力，從而在界面性能方面顯示出其優(yōu)越的泡沫性能。

2）較大的液膜厚度表明AE2S泡沫具有更高的機(jī)械強(qiáng)度和攜液能力。

3）黏度測(cè)量和TEM觀察揭示，在高NaCl質(zhì)量濃度下AE2S的膠束聚集形態(tài)與AE5S和AE7S不同，形成"樹(shù)枝狀"聚集體有助于泡沫的穩(wěn)定性。

4）泡沫時(shí)間和攜液效率進(jìn)一步直觀展示了AE2S泡沫在耐鹽性、耐溫性和耐凝析油性方面的優(yōu)越性。

5）分子動(dòng)力學(xué)模擬證實(shí)了AEnS、NaCl和H?O之間的相互作用，表明它們能夠形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，特別是AE2S能夠形成更穩(wěn)定的泡沫。