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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常規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模擬驅油評價實驗。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，對應表面張力為30．72mN／m，較對應單鏈表面活性劑DTAB具有更優的表面活性。驅油實驗表明，C12-2-12．2Br-的驅油效率與濃度呈同向變化關系，其濃度為500mg／L即可提高采收率6．45％，其效果明顯優于常規單鏈表面活性劑—DTAB；該劑更適合于中、低滲油藏水驅采收率的提高。
    關鍵詞：雙子表面活性劑；表面張力；臨界膠束濃度；表面活性；驅油效率中圖分類號：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，具有比傳統面活性劑更優的表（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，有關雙子表面活性劑的研究主要集中于其產物的合成與表面膠體化學性質的研究[4]、[5]，而對該類新型表面活性劑的實際應用，特別是其在油氣田開發方面的應用，如提高原油采收率技術方面的應用研究甚少[5]、[6]。本文用滴體積法測定了雙子表面活性劑與其對應的常規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-；后通過室內模擬驅油實驗對比研究了雙子表面活性劑與相應單鏈表面活性劑的驅油效率。
    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'—雙月桂酰基乙二胺二丙烯酸鈉；均由長江大學石油工程學院自行研制。
    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油實驗用。
    4．實驗儀器
    JHR—高溫高壓巖心驅油裝置一套，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。
    驅油實驗步驟：①將巖心抽空飽和地層水，測孔隙度；②將驅油裝置升溫至59℃（下二門油層溫度），地層水驅測巖心水相滲透率；③巖心飽和模擬原油并恒溫老化12h④水驅至無油產生，測水驅采收率；⑤注入0．5PV的含鹽（2000mg／L）表面活性劑溶液，后續水驅至無油產出；⑥計算表面活性劑驅提高采收率值和總采收率值。
    二、實驗結果及討論
    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單鏈陽離子與陰離子表面活性劑的表面張力—濃度曲線。結果表明，就降低水的表面張力而言，雙子表面活性劑均優于相應單鏈表面活性劑，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）和對應的表面張力，有關數據結果見表1。

    表1的結果表明，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，可以作為驅油用表面活性劑。而就N，N'，—雙月桂酰基乙二胺二丙烯酸鈉而言，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。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表面張力實驗結果。表中結果表明，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油效果產生大的影響。


    2．雙子表面活性劑驅油效率研究
    2．1不同陽離子表面活性劑驅油效果評價
    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倍孔隙體積后繼續水驅至無油產出時，所提高水驅采收率的結果。表中數據表明，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％。結合表1、圖1及前面相關的表面活性劑表面活性研究結論可知，上述不同類別表面活性劑驅油結果與表面活性高低密切相關。表面活性高，則相應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，用其驅油提高采收率能力強、效果好。
2．2    C12-2-12．2Br-濃度對其驅油效果的影響
    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，其提高水驅采收率效果也逐步提高。實驗時發現，當注完0．5PV的C12-2-12．2Br-溶液后，通常在繼續水驅0．5—1．0PV時，才開始明顯或連續出油。這主要是表面活性劑驅替前沿或原油富集區到達巖心端部的結果。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油作用。

    2．3    巖心滲透率變化對C12-2-12．2Br-驅油效率的影響
    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，其驅油效果明顯不同。即巖心滲透率愈低，則其提高水驅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、低滲油藏水驅采收率的提高。

    三、結論與認識
    （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采收率用的驅油劑。
    （2）驅油實驗表明，雙子表面活性劑C12-2-12．2Br-確實具有良好的提高水驅采收率能力，明顯優于相應單鏈表面活性劑，而且隨其用量增加，其提高采收率效果相應增大。當其使用濃度僅為500mg／L時，即可提高水驅采收率6．45％。
    （3）驅油實驗還表明，雙子表面活性劑C12-2-12．2Br-更適合于中、低滲油藏水驅采收率的提高。
參考文獻
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