雙烷基乙氧基二硫酸酯鹽分在油砂上的吸附規(guī)律

雙烷基乙氧基二硫酸酯鹽分在油砂上的吸附規(guī)律

雙表面活性劑是近年來研究最多的表面活性劑之一，被稱為21世紀(jì)的下一代表面活性劑。雙子表面活性劑分子由兩條疏水鏈、兩個(gè)親水基和一個(gè)間隔基團(tuán)組成。與常規(guī)單鏈表面活性劑相比,具有表/界面活性高,水溶性好,抗鈣皂分散能力強(qiáng),與常規(guī)表面活性劑復(fù)配協(xié)同效應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn),驅(qū)油實(shí)驗(yàn)表明其在中低滲油藏提高采收率方面具有良好的應(yīng)用前景;但其在地層孔隙或油砂上的吸附損失大小則直接影響其驅(qū)油效率和驅(qū)油成本。因此對(duì)其在地層油砂上的吸附規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究,不僅可為其礦場(chǎng)應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù),而且可彌補(bǔ)目前國(guó)內(nèi)雙子表面活性劑在固-液界面吸附研究甚少的不足。1實(shí)驗(yàn)部分1.1雙十二烷基丁氧基二硫酸酯鈉、雙八烷基乙氧基二硫酸酯鈉及雙八烷基乙氧基二硫酸酯鈉油砂:取自南陽油田下二門區(qū)塊。陰離子雙子表面活性劑:雙十二烷基乙氧基二硫酸酯鈉鹽(GA12-2-12)、雙十二烷基丁氧基二硫酸酯鈉鹽(GA12-4-12)、雙十烷基乙氧基二硫酸酯鈉鹽(GA10-2-10)及雙八烷基乙氧基二硫酸酯鈉鹽(GA8-2-8),均由長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院提供。試劑:十二烷基硫酸鈉(SDS)、十六烷基三甲基溴化銨、鹽酸、氫氧化鈉、二氯甲烷、磷酸氫二鈉、磷酸鈉、氯化鈉、溴甲酚綠,均為分析純。1.2實(shí)驗(yàn)方法1甲基氯化銨溶液用蒸餾水或氯化鈉溶液配制不同濃度的SDS、GA12-2-12、GA12-4-12、GA10-2-10、GA8-2-8、十六烷基三甲基氯化銨溶液,備用。22油砂處理將不同含油量的油砂分別粉碎,并進(jìn)行篩分,收取100目以下的細(xì)微顆粒油砂烘干,置于干燥器中,備用。3ce及對(duì)策原則將油砂和不同濃度表面活性劑溶液按一定的液固比加入100ml帶塞錐形瓶中,振搖混勻后密封并置于恒溫水浴振蕩器中,在實(shí)驗(yàn)溫度下振蕩數(shù)小時(shí),如12h或更長(zhǎng)時(shí)間;待吸附平衡后取出錐形瓶,經(jīng)高速離心機(jī)(8000r/min)離心分離約15min后取上層清液,然后利用兩相滴定法測(cè)定其中表面活性劑的濃度,此即吸附平衡時(shí)液相剩余表面活性劑濃度,記為Ce。每克油砂所吸附雙子表面活性劑的量按如下公式計(jì)算:Γ=(Co?Ce)×VmΓ=(Co-Ce)×Vm式中,Γ為油砂吸附量,mg/g油砂;Co為雙子表面活性劑吸附前的濃度,mg/L;Ce為雙子表面活性劑吸附后的濃度,mg/L;V為表面活性劑溶液體積,ml;m為油砂的質(zhì)量,g。2結(jié)果與討論2.1試驗(yàn)條件的確定2.1.1液固比對(duì)ga12-2-12吸附量的影響在保持鹽水(10000mg/L)中GA12-2-12的濃度為590mg/L,吸附時(shí)間為12h的條件下,實(shí)驗(yàn)研究了液固比變化對(duì)GA12-2-12吸附量的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。圖1結(jié)果表明,液固比為30時(shí)GA12-2-12吸附量已達(dá)11.154mg/g,隨后液固比雖有增大,但吸附量仍趨于穩(wěn)定(吸附已達(dá)飽和)。因此取液固比40即可滿足吸附實(shí)驗(yàn)要求。2.1.2時(shí)間變化對(duì)ga12-2-12吸附量的影響取液固比40、鹽水(10000mg/L)中GA12-2-12濃度為590mg/L,研究了時(shí)間變化對(duì)GA12-2-12吸附量的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。結(jié)果表明,經(jīng)9h恒溫振蕩后,GA12-2-12在油砂上的吸附量已達(dá)11.37mg/g,且不再隨時(shí)間發(fā)生變化。據(jù)此取吸附實(shí)驗(yàn)時(shí)間12h可使吸附達(dá)到平衡。2.2吸附等溫線方程在液固比為40、吸附時(shí)間為12h、實(shí)驗(yàn)溫度為52.8℃的條件下,研究了GA12-2-12在鹽水(10000mg/L)中濃度變化與其在油砂上吸附量間的變化規(guī)律,結(jié)果如圖3所示。并進(jìn)一步利用線性回歸擬合法研究了不同吸附等溫線方程或模型對(duì)其吸附規(guī)律描述的適應(yīng)性,其計(jì)算結(jié)果參見表1。結(jié)合圖3中Γ-Ce關(guān)系曲線變化形態(tài)及表1的相關(guān)數(shù)據(jù)可知,GA12-2-12在油砂上的靜態(tài)吸附規(guī)律更符合Langmuir吸附模式。2.3ga12-2-12在油砂上的飽和吸附在相同液固比、吸附時(shí)間、溫度和油砂的條件下,分別研究了GA12-2-12、單鏈SDS(十二烷基硫酸鈉)在不同礦化度下彼此間的靜態(tài)吸附量,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4和圖5所示。由圖4、5可知,無論介質(zhì)礦化度高低,GA12-2-12在油砂上的飽和吸附量總是低于SDS。其原因是表面活性劑吸附量的大小與其分子截面積及親水性有關(guān):分子截面積大,親水性強(qiáng),則吸附量小。由于雙子表面活性劑為雙親水頭基,因此其分子截面積及親水性明顯大于單鏈表面活性劑,所以其吸附量小。在油砂上吸附量低就意味著低的吸附損失,從而為雙子表面活性劑實(shí)施低劑量(CMC低、表界面活性高)驅(qū)油,降低化學(xué)驅(qū)成本等創(chuàng)造了條件。2.4ga12-2-12油砂吸附影響因素研究2.4.1單因素對(duì)ga12-2-12油砂吸附量的影響在液固比為40、恒溫時(shí)間為12h、實(shí)驗(yàn)溫度為52.8℃的條件下,研究了介質(zhì)礦化度(鹽量)變化對(duì)GA12-2-12在油砂上吸附量的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。圖6的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,礦化度增加,GA12-2-12在油砂上吸附量增大。其原因是礦化度或NaCl含量增大,介質(zhì)中Na+含量增大,其對(duì)油砂顆粒表面和陰離子雙子表面活性劑親水頭基的雙電層壓縮作用增強(qiáng),使其彼此間靜電斥力下降,有利于吸附;更為重要的是無機(jī)離子的強(qiáng)親水能力起到了類似“鹽析”的作用,使陰離子雙子表面活性劑脫離水相的趨勢(shì)增大,吸附量自然增大了。2.4.2介質(zhì)ph值對(duì)ga12-2-12吸附ga12-2-12的影響在液固比為40、恒溫時(shí)間為12h、介質(zhì)氯化鈉含量為10000mg/L、實(shí)驗(yàn)溫度為52.8℃的條件下,考察了介質(zhì)pH值變化對(duì)GA12-2-12在油砂上吸附的影響。有關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖7。圖7實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,介質(zhì)pH值升高,GA12-2-12在油砂上的吸附量下降。主要原因可能是低pH值(如pH<9)時(shí),其油砂顆粒端面荷正電,更有利于荷負(fù)電的GA12-2-12在油砂上的吸附。2.4.3相對(duì)含油量對(duì)ga12-2-12吸附行為的影響取液固比為40、吸附時(shí)間為12h、吸附溫度為52.8℃、介質(zhì)氯化鈉含量為10000mg/L,研究了油砂相對(duì)含油量變化對(duì)GA12-2-12在油砂上吸附的影響。有關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。圖8的結(jié)果顯示,GA12-2-12在凈砂(含油量極低)上的吸附量明顯大于在油砂上的吸附量。其原因是油砂處理除油后(稱為凈砂),其顆粒表面吸附活性點(diǎn)明顯增加,極性吸附表面也增大,有利于GA12-2-12在其表面的吸附,所以凈砂吸附量大。2.5雙烷基乙酸二硫酸鈉吸附量的影響2.5.1雙烷基乙氧基二硫酸酯鈉sars在其他實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下,考察了不同疏水鏈長(zhǎng)的雙烷基乙氧基二硫酸酯鈉鹽(如GA12-2-12、GA10-2-10及GA8-2-8)在油砂上的吸附量大小,相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。由圖9可知,疏水鏈長(zhǎng)增加,雙烷基乙氧基二硫酸酯鈉鹽在油砂上吸附量增大。其原因是雙子表面活性劑的疏水鏈長(zhǎng)增加,表面活性劑與油砂間的VanderWaals引力增大,吸附量增大;此外,疏水鏈長(zhǎng)增加也導(dǎo)致了表面活性劑在溶液中的溶解性下降,吸附量增大。2.5.2油砂上的吸附在其他實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下,研究了不同間隔基團(tuán)的雙十二烷基乙氧基或丁氧基二硫酸酯鈉鹽(如GA12-2-12、GA12-4-12)在油砂上的吸附量大小,相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。圖10的結(jié)果表明,雙子表面活性劑的間隔基團(tuán)碳數(shù)增加,吸附量隨之增大。因?yàn)殚g隔基團(tuán)中碳數(shù)增加,雙子表面活性劑分子量或表面活性劑與油砂間的VanderWaals引力增大,導(dǎo)致吸附量增大。3砂上的吸附等溫線1)GA12-2-12吸附實(shí)驗(yàn)條件為液固比40ml/g、吸附平衡時(shí)間12h。