3.3兩性/陰離子表面活性劑復配體系與原油超低界面張力的形成機制

兩性表面活性劑HDAPS雖與模擬水具有很好的相容性，但不能使油水界面張力降低到超低水平，陰離子型表面活性劑SDS在高鹽礦化水中則會發(fā)生沉淀，HDAPS/SDS混合體系表現(xiàn)出協(xié)同增效的作用，不僅具有優(yōu)異的耐鹽性能，而且能夠使油水界面張力達到超低界面張力。

為了進一步闡明HDAPS與SDS間的協(xié)同效應對體系與原油界面性質(zhì)的影響，研究了SDS摩爾分數(shù)（X）對體系與原油界面張力的影響，實驗結(jié)果如圖4所示。從動態(tài)界面張力變化趨勢看（圖4（a）），與單一HDAPS體系的動態(tài)界面張力曲線不同的是，X為0.05的HDAPS/SDS混合體系的動態(tài)界面張力曲線隨測定時間先減小再增加，存在動態(tài)界面張力最低值；繼續(xù)增加X至0.1-0.4,HDAPS/SDS混合體系與原油的動態(tài)界面張力隨測定時間的增大而減小，達到極低的界面張力；當X增加到0.5和0.6時，HDAPS/SDS混合體系與原油的動態(tài)界面張力與X為0.05時相似，存在界面張力最低值。從動態(tài)界面張力的最低值DITmin和平衡值DITeq看（圖4（b）），X為0和0.05時的DITmin分別為4.5×10-2和2.3×10-2mN·m-1,沒有達到超低界面張力；X為0.1-0.4時，HDAPS/SDS混合體系與原油的DITmin和DITeq可以達到10-5mN·m-1量級；當X增加到0.5和0.6時，HDAPS/SDS混合體系與原油的DITmin分別為1.1×10-3和1.3×10-3mN·m-1,而DITeq分別為9.7×10-3和1.3×10-2mN·m-1.

表面活性劑溶液與原油的動態(tài)界面張力行為反映了表面活性劑分子在油水界面的吸附并形成吸附膜的過程，動態(tài)界面張力的最低值取決于這一過程中最緊密的吸附膜結(jié)構(gòu)，平衡值則由表面活性劑分子在油水兩相分配平衡后的吸附膜結(jié)構(gòu)決定。對于單一的兩性表面活性劑，可以從水相迅速吸附到界面并降低界面張力，同時，兩性表面活性劑也會從界面脫附進入油相，界面張力逐漸升高。增加濃度能夠改變兩性表面活性劑分子由水相向界面的吸附速度，補充由界面脫附進入油相引起的界面濃度降低，但對表面活性劑分子在油水界面的吸附~脫附勢壘和在油水兩相的分配系數(shù)影響不大，因此不能改變界面吸附膜的緊密程度，不能獲得超低界面張力。

對于兩性/陰離子型表面活性劑混合體系，除碳氫鏈間的疏水相互作用外，兩性表面活性劑親水基所帶的正電荷和陰離子型表面活性劑親水基所帶的負電荷間存在靜電吸引作用，一方面這種庫侖吸引作用改變了兩性表面活性劑的親水~親油能力，增加了兩性表面活性劑從界面脫附進入油相的勢壘，在低濃度下兩性/陰離子表面活性劑體系就可以在油水界面快速形成吸附膜；另一方面，這種庫侖吸引作用促進了兩性/陰離子表面活性劑分子在界面協(xié)同吸附并得到更加緊密的吸附膜，從而達到超低界面張力，而且所形成的緊密吸附膜結(jié)構(gòu)在高鹽條件下仍能夠穩(wěn)定存在。

復配比例影響混合表面活性劑分子間的相互作用，若SDS的混合比例過低（X＜0.1），油水界面吸附膜中仍以HDAPS為主，不能夠達到超低界面張力；若SDS的混合比例過高（X＞0.4），雖然可以在吸附過程中形成緊密的吸附膜達到超低界面張力，但是從分子結(jié)構(gòu)比較HDAPS具有比SDS易于從界面脫附進入油相的性質(zhì)，在高SDS含量下界面吸附膜中SDS的吸附量逐漸增加，吸附膜排列變得疏松，不能在超低界面張力下維持。因此，HDAPS/SDS協(xié)同獲得油水超低界面張力存在最優(yōu)的復配比例區(qū)間（X=0.1-0.4）。

圖4 SDS摩爾分數(shù)（X）對HDAPS/SDS混合表面活性劑溶液與原油的動態(tài)界面張力的影響

4、結(jié)論

兩性表面活性劑與陰離子型表面活性劑可以通過協(xié)同作用在油水界面形成緊密的吸附膜，獲得油水超低界面張力。兩性/陰離子表面活性劑協(xié)同獲得油水超低界面張力的方法不僅避免了合成復雜結(jié)構(gòu)的表面活性劑分子，而且可以在高鹽、低濃度和寬濃度范圍下獲得10-5mN·m-1量級的超低界面張力，在高鹽油藏和低滲透油藏強化采油技術中具有重要的理論價值和廣闊的應用前景。