聞晶

【摘要】通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)合成出不同長(zhǎng)鏈和不同聯(lián)接基磺酸鹽型孿連表面活性劑。性能研究表明，孿連表面活性劑的cmc比對(duì)應(yīng)常規(guī)表面活性劑小2～4個(gè)數(shù)量級(jí)；而且，孿連表面活性劑結(jié)構(gòu)中疏水鏈、連接基團(tuán)的不同，對(duì)表面活性劑的性能均產(chǎn)生一定的影響。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了相應(yīng)的關(guān)系式。

【關(guān)鍵詞】孿連表面活性劑 雙磺酸鹽 臨界膠束濃度 油水界面張力 耐鹽鈣性 驅(qū)油表面活性劑

1 新型磺酸鹽型孿連表面活性劑的合成

在新型磺酸鹽型孿連表面活性劑合成中，首先采用不同方法合成雙烷基二羥基化合物，然后與1，3-丙烷磺酸內(nèi)酯反應(yīng)得到磺酸鹽孿連表面活性劑。即用各種短鏈二醇與環(huán)氧氯丙烷合成出各種二環(huán)氧化合物，然后與長(zhǎng)鏈脂肪醇反應(yīng)，得到雙烷基二羥基化合物?；蛑苯佑?，2-環(huán)氧十二烷與丙二醇或1，2-十二二醇合成出雙烷基二羥基化合物。考慮到有利于合成不同聯(lián)接基的孿連表面活性劑，我們采用了后一種方法。

1.1 合成路線(xiàn)

采用不同鏈長(zhǎng)的1，2-環(huán)氧烷烴與不同碳鏈二醇反應(yīng)得到雙烷基二羥基化合物，然后與1，3-丙烷磺酸內(nèi)酯反應(yīng)得到不同碳鏈長(zhǎng)度和不同聯(lián)接基長(zhǎng)度的系列磺酸鹽孿連表面活性劑。

1.2 樣品結(jié)構(gòu)的表征

1.2.1 核磁共振氫譜H-NMR使用儀器：BRUKER-AM300（德國(guó)）測(cè)試條件：

（1）共振頻率為300.13MHz，重復(fù)延遲時(shí)間1秒，數(shù)據(jù)采集16k點(diǎn)，累加次數(shù)為16次，測(cè)試溫度為室溫，采樣時(shí)間1.82秒，脈沖角度為45°。

（2）使用氘代氯仿溶劑峰作內(nèi)標(biāo)，對(duì)譜圖中的各個(gè)歸屬峰定標(biāo)。

1.2.2 紅外光譜圖

測(cè)試儀器：IFS-113V付里葉變換紅外光譜儀（德國(guó)）。

測(cè)試條件：光通量：15000 波數(shù)范圍：

4000-400cm-1 NSS=16 VEL=16。

測(cè)試步驟：對(duì)儀器抽真空后，利用標(biāo)準(zhǔn)樣品校正，測(cè)量樣品得到譜圖。

試驗(yàn)合成了不同結(jié)構(gòu)的新型磺酸鹽型孿連表面活性劑，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)、萃取、重結(jié)晶后有較好的純度。分別對(duì)它們進(jìn)行濃度的測(cè)定，結(jié)果表明所有樣品均有很好的純度。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性

臨界膠團(tuán)濃度是衡量表面活性劑活性的一項(xiàng)主要性能參數(shù)，通常采用表面張力法測(cè)定cmc。首先用去離子水配制一組不同濃度的C10-C2-C10活性劑溶液，儀器恒溫 30℃，使用DCAT21接觸角/表面張力測(cè)量?jī)x，用掛片法測(cè)定各種濃度下的穩(wěn)定表面張力值。

2.1.1 烷烴碳鏈長(zhǎng)度對(duì)cmc及γ的影響

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，新型換酸鹽孿連表面活性劑的cmc與碳原子數(shù)目n滿(mǎn)足下述經(jīng)驗(yàn)公式：logcmc=-0.8735-0.1159n，即疏水鏈越長(zhǎng)，臨界膠團(tuán)濃度cmc越小。孿連表面活性劑的cmc比對(duì)應(yīng)常規(guī)表面活性劑小2～4個(gè)數(shù)量級(jí)。這是因?yàn)樵趯\連表面活性劑中，由于聯(lián)接基團(tuán)的存在，離子頭基間的排斥傾向受制于化學(xué)鍵力而被大大削弱，致使其碳?xì)滏滈g更容易產(chǎn)生強(qiáng)相互作用，即加強(qiáng)了碳?xì)滏滈g的疏水結(jié)合力，因此孿連表面活性劑在表面上排列更加緊密，表面能更低，具有很高的表面活性。

2.1.2 聯(lián)接基長(zhǎng)度對(duì)cmc及γ的影響

聯(lián)接基的性質(zhì)及長(zhǎng)度對(duì)孿連表面活性劑的表面活性的cmc及界面上表面活性劑分子截面積的影響很大。從試驗(yàn)結(jié)果我們可以看到隨著聯(lián)接基中碳數(shù)的增加，分子的總疏水性增加，cmc及γ降低。當(dāng)聯(lián)接基中增加親水性的氧原子時(shí)，分子的親水性大大增加，cmc及γ增大，1個(gè)氧原子的親水性可以抵消2～3個(gè)碳原子的疏水性，隨著聯(lián)接基中碳數(shù)s的增加表面張力線(xiàn)性降低，滿(mǎn)足關(guān)系式：γ=30.367-0.7s。

2.1.3 耐溫性的研究

為適應(yīng)油田實(shí)際生產(chǎn)的需要，我們采用評(píng)價(jià)表面活性劑耐溫性能的方法來(lái)評(píng)價(jià)孿連表面活性劑的耐溫性能。并與常規(guī)的表面活性劑進(jìn)行比較，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表可以看出，新型換酸鹽孿連表面活性劑的耐溫性能很好，可以達(dá)到280℃。

2.2 界面張力的研究

2.2.1 測(cè)定原理

這種方法是將油滴懸浮在水或水溶液中，在高速繞水平軸旋轉(zhuǎn)下將油滴拉成柱形，柱體的直徑與界面張力相關(guān)。在相同條件（轉(zhuǎn)速、油水相密度差）下，油柱直徑越小，界面張力越低。

2.2.2 測(cè)定條件

本實(shí)驗(yàn)界面張力的測(cè)定轉(zhuǎn)速為12ms. rev-1。測(cè)定溫度：45℃。每隔15分鐘讀數(shù)一次，共測(cè)2小時(shí)左右，直至三次連續(xù)讀數(shù)在0.001cm之內(nèi)，即可認(rèn)為體系已達(dá)平衡，結(jié)束測(cè)定。實(shí)驗(yàn)中界面張力的測(cè)定使用Texas-500型旋滴界面張力儀。

2.2.3 降低界面張力的能力

新型磺酸鹽型孿連表面活性劑在45℃條件下，當(dāng)聯(lián)接基相同、疏水鏈不同時(shí)，在相同鹽濃度條件下，碳鏈越長(zhǎng)疏水性越強(qiáng)，界面張力越低；當(dāng)疏水鏈相同、聯(lián)接基不同時(shí)，在相同鹽濃度條件下，隨著聯(lián)接基碳數(shù)增加界面張力降低。當(dāng)NaCl濃度大于20%后，新型磺酸鹽型孿連表面活性劑C14-C4-C14與十二烷的界面張力能達(dá)到超低。

2.2.4 耐鹽能力

新型磺酸鹽型孿連表面活性劑，當(dāng)聯(lián)接基相同、疏水鏈長(zhǎng)度不同時(shí)，隨著碳鏈長(zhǎng)度的增加，活性劑的親水性降低、親油性提高，導(dǎo)致活性劑的耐鹽性降低；當(dāng)疏水鏈相同、聯(lián)接基不同時(shí)，并不是隨著聯(lián)接基碳數(shù)的增加，活性劑的耐鹽性降低，而是聯(lián)接基的疏水性與親水基的親水性互為消長(zhǎng)的平衡結(jié)果。新型磺酸鹽型孿連表面活性劑C14-C3-C14比新型磺酸鹽型孿連表面活性劑C14-C2-C14的耐鹽性稍好一點(diǎn)點(diǎn)，可以解釋為聯(lián)接基適當(dāng)加長(zhǎng)使兩個(gè)親水基的距離增大，從而分子的親水性增加，而聯(lián)接基僅增加一個(gè)碳原子，疏水性增加不大，總的結(jié)果使分子的親水性增加。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

2012年，共計(jì)實(shí)施新型磺酸鹽型孿連表面活性劑驅(qū)油技術(shù)8井次，其中1口井周期未結(jié)束。截至2012年12月，累計(jì)增油1734噸，創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益336.16萬(wàn)元，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得很好效果。

4 結(jié)論

（1）用系列孿連長(zhǎng)鏈二醇與1，3-丙烷磺酸內(nèi)酯反應(yīng)得到了7種不同疏水鏈長(zhǎng)度和不同聯(lián)接基長(zhǎng)度的陰離子孿連表面活性劑。

（2）我們所研究的新型磺酸鹽型孿連表面活性劑的cmc比對(duì)應(yīng)常規(guī)表面活性劑小2～4個(gè)數(shù)量級(jí)。

（3）新型磺酸鹽型孿連表面活性劑的耐溫可以達(dá)到280℃。

（4）新型磺酸鹽型孿連表面活性劑還有非常好的抗二價(jià)鹽的能力。隨著鈣離子的摩爾濃度增大，界面張力直線(xiàn)降低。

參考文獻(xiàn)

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