2.2Ca2+的影響

2.2.1抗鹽性表征

通過(guò)瓶試法對(duì)支鏈化程度不同的兩種內(nèi)烯烴磺酸鹽的Ca2+抗鹽性進(jìn)行了表征，結(jié)果如圖5所示。圖5中，紅色數(shù)字代表蒸餾水中Ca2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。由圖5可知，兩種表面活性劑溶液在質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的條件下均出現(xiàn)絮狀物，其中A?18溶液相對(duì)澄清，但整體來(lái)看，二者在Ca2+體系中的抗鹽性較在Na+體系中相比顯著下降。

圖5內(nèi)烯烴磺酸鹽的Ca2+抗鹽性表征

高質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽離子會(huì)與水分子強(qiáng)烈結(jié)合，減少自由水分子數(shù)量，破壞表面活性劑分子間的氫鍵結(jié)構(gòu)，使其溶解度下降而析出；同時(shí)，在高礦化度條件下，陰離子表面活性劑易與二價(jià)金屬陽(yáng)離子結(jié)合形成沉淀物，降低其溶解性及界面活性。需要指出的是，當(dāng)Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.000%時(shí)，內(nèi)烯烴磺酸鹽仍存在一定程度的失效現(xiàn)象，但相較于常規(guī)的大慶石油磺酸鹽，其抗Ca2+能力已有明顯提升。

2.2.2Ca2+對(duì)正癸烷?水界面張力的影響

相較于Na+，Ca2+除了可壓縮雙電層外，還具有更強(qiáng)的分子集合能力，可進(jìn)一步增加表面活性劑在界面上的吸附量。為了探究Ca2+對(duì)兩種內(nèi)烯烴磺酸鹽降低油水界面張力性能的影響，在總礦化度固定的條件下，逐步增加NaCl溶液中Ca2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，測(cè)定了A?18和I?20與正癸烷間的界面張力，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，Ca2+的加入可進(jìn)一步降低油水界面張力，且界面張力隨著Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低，直至失效（Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.5%）。從理論上分析，體相中的一個(gè)二價(jià)陽(yáng)離子可在界面附近同時(shí)結(jié)合兩個(gè)陰離子表面活性劑分子，增大表面活性劑在界面的吸附密度，使表面活性劑分子排列更加緊密，從而降低界面張力。由圖6還可知，少量的Ca2+便可表現(xiàn)出一定的結(jié)合能力，在實(shí)驗(yàn)考察范圍內(nèi)，對(duì)于A?18，Ca2+體系的穩(wěn)態(tài)界面張力始終低于Na+體系。隨著烷基支鏈化程度的增加，表面活性劑的疏水性與親水基在油水兩相中的占據(jù)空間趨于均衡，界面活性增強(qiáng)，但表面活性劑分子的進(jìn)一步吸附需要克服更大的空間位阻，僅在較高Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)才會(huì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的結(jié)合能力。因此，I?20在Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)的穩(wěn)態(tài)界面張力與Na+體系幾乎重疊。

圖6不同Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)下A?18和I?20與正癸烷間的界面張力

2.2.3Ca2+對(duì)原油?水界面張力的影響

在考察Na+對(duì)界面張力的影響過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，原油中的活性組分會(huì)影響表面活性劑降低油水界面張力的效果。因此，進(jìn)一步考察內(nèi)烯烴磺酸鹽分子、原油活性組分以及Ca2+在油水界面附近的自組裝行為具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。圖7為Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)兩種內(nèi)烯烴磺酸鹽與勝利原油界面張力的影響。結(jié)合圖6、7可知，與正葵烷?水體系相比，原油?水體系A(chǔ)?18的界面活性在高Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)下進(jìn)一步增強(qiáng)，該變化規(guī)律與圖4結(jié)果一致。這表明Ca2+對(duì)原油中的部分小分子活性組分同樣具備結(jié)合能力，油水界面張力的變化主要由界面上的吸附空位決定。對(duì)于界面吸附膜比較松散、吸附空位較多的支鏈內(nèi)烯烴磺酸鹽體系，Ca2+可同時(shí)結(jié)合界面及界面附近的表面活性劑分子和帶負(fù)電的活性組分，形成混合吸附膜，三者可產(chǎn)生協(xié)同作用。

圖7Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)兩種內(nèi)烯烴磺酸鹽與勝利原油界面張力的影響

需要指出的是，油水乳狀液的形成是通過(guò)外界做功，將一種液體破碎成小液滴并分散到另外一種液體中，從而極大地增加體系相界面面積的過(guò)程。選擇合適的表面活性劑可顯著降低油水界面張力，減少乳狀液形成所需的“能量需求”，同時(shí)削弱液滴間的聚并行為，減緩乳狀液的“自發(fā)破乳”。因此，本文通過(guò)調(diào)控體系離子強(qiáng)度，考察了內(nèi)烯烴磺酸鹽降低油水界面張力的能力，研究結(jié)果可為乳化及破乳的研究提供重要參考。

3結(jié)論

1）相較于常規(guī)陰離子，內(nèi)烯烴磺酸鹽具有較好的抗鹽性能和抗Ca2+干擾能力，在Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的體系中仍能保持較好的水溶性且不會(huì)發(fā)生失活現(xiàn)象，能滿足高溫高鹽油藏的實(shí)際需求。

2）疏水烷基支鏈化可以增加內(nèi)烯烴磺酸鹽的界面活性，其中I?20可將正癸烷?水界面張力降至10-2mN/m數(shù)量級(jí)；原油中的活性組分對(duì)油水界面張力的影響主要取決于界面上的吸附空位，對(duì)于界面吸附膜比較松散、吸附空位較多的直鏈內(nèi)烯烴磺酸鹽體系，原油中的活性組分可能是主導(dǎo)界面性能的重要因素。

3）離子強(qiáng)度的增加可以壓縮內(nèi)烯烴磺酸鹽分子離子頭基的雙電層厚度，削弱分子間的靜電斥力，增大表面活性劑在油水界面的吸附量，降低油水界面張力；相較于Na+，Ca2+具有更強(qiáng)的分子集合能力，在高質(zhì)量分?jǐn)?shù)下可進(jìn)一步提高內(nèi)烯烴磺酸鹽的界面活性。

4）現(xiàn)有相關(guān)研究雖已證實(shí)離子強(qiáng)度對(duì)降低耐溫抗鹽表面活性劑的界面張力具有促進(jìn)作用，但并未對(duì)離子作出明確區(qū)分。本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，充分考察了離子類型對(duì)內(nèi)烯烴磺酸鹽界面性能的影響，明確了其作用機(jī)理。結(jié)合實(shí)際油藏環(huán)境，提出適配建議：當(dāng)Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.5%時(shí)，優(yōu)先選用支鏈內(nèi)烯烴磺酸鹽；直鏈型內(nèi)烯烴磺酸鹽則更適用于Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的油藏。