3.3兩性/陰離子表麵活性劑複配體係與原油超低界麵張力的形成機製

兩性表麵活性劑HDAPS雖與模擬水具有很好的相容性，但不能使油水界麵張力降低到超低水平，陰離子型表麵活性劑SDS在高鹽礦化水中則會發生沉澱，HDAPS/SDS混合體係表現出協同增效的作用，不僅具有優異的耐鹽性能，而且能夠使油水界麵張力達到超低界麵張力。

為了進一步闡明HDAPS與SDS間的協同效應對體係與原油界麵性質的影響，研究了SDS摩爾分數（X）對體係與原油界麵張力的影響，實驗結果如圖4所示。從動態界麵張力變化趨勢看（圖4（a）），與單一HDAPS體係的動態界麵張力曲線不同的是，X為0.05的HDAPS/SDS混合體係的動態界麵張力曲線隨測定時間先減小再增加，存在動態界麵張力最低值；繼續增加X至0.1-0.4,HDAPS/SDS混合體係與原油的動態界麵張力隨測定時間的增大而減小，達到極低的界麵張力；當X增加到0.5和0.6時，HDAPS/SDS混合體係與原油的動態界麵張力與X為0.05時相似，存在界麵張力最低值。從動態界麵張力的最低值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,沒有達到超低界麵張力；X為0.1-0.4時，HDAPS/SDS混合體係與原油的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混合體係與原油的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.

表麵活性劑溶液與原油的動態界麵張力行為反映了表麵活性劑分子在油水界麵的吸附並形成吸附膜的過程，動態界麵張力的最低值取決於這一過程中最緊密的吸附膜結構，平衡值則由表麵活性劑分子在油水兩相分配平衡後的吸附膜結構決定。對於單一的兩性表麵活性劑，可以從水相迅速吸附到界麵並降低界麵張力，同時，兩性表麵活性劑也會從界麵脫附進入油相，界麵張力逐漸升高。增加濃度能夠改變兩性表麵活性劑分子由水相向界麵的吸附速度，補充由界麵脫附進入油相引起的界麵濃度降低，但對表麵活性劑分子在油水界麵的吸附~脫附勢壘和在油水兩相的分配係數影響不大，因此不能改變界麵吸附膜的緊密程度，不能獲得超低界麵張力。

對於兩性/陰離子型表麵活性劑混合體係，除碳氫鏈間的疏水相互作用外，兩性表麵活性劑親水基所帶的正電荷和陰離子型表麵活性劑親水基所帶的負電荷間存在靜電吸引作用，一方麵這種庫侖吸引作用改變了兩性表麵活性劑的親水~親油能力，增加了兩性表麵活性劑從界麵脫附進入油相的勢壘，在低濃度下兩性/陰離子表麵活性劑體係就可以在油水界麵快速形成吸附膜；另一方麵，這種庫侖吸引作用促進了兩性/陰離子表麵活性劑分子在界麵協同吸附並得到更加緊密的吸附膜，從而達到超低界麵張力，而且所形成的緊密吸附膜結構在高鹽條件下仍能夠穩定存在。

複配比例影響混合表麵活性劑分子間的相互作用，若SDS的混合比例過低（X＜0.1），油水界麵吸附膜中仍以HDAPS為主，不能夠達到超低界麵張力；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麵張力，但是從分子結構比較HDAPS具有比SDS易於從界麵脫附進入油相的性質，在高SDS含量下界麵吸附膜中SDS的吸附量逐漸增加，吸附膜排列變得疏鬆，不能在超低界麵張力下維持。因此，HDAPS/SDS協同獲得油水超低界麵張力存在最優的複配比例區間（X=0.1-0.4）。

圖4 SDS摩爾分數（X）對HDAPS/SDS混合表麵活性劑溶液與原油的動態界麵張力的影響

4、結論

兩性表麵活性劑與陰離子型表麵活性劑可以通過協同作用在油水界麵形成緊密的吸附膜，獲得油水超低界麵張力。兩性/陰離子表麵活性劑協同獲得油水超低界麵張力的方法不僅避免了合成複雜結構的表麵活性劑分子，而且可以在高鹽、低濃度和寬濃度範圍下獲得10-5mN·m-1量級的超低界麵張力，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。