2.4 黏度和TEM

一方面，黏度增強了液膜的強度和彈性，使其更難破裂，從而延長泡沫時間；另一方面，高黏度液體的流動性較差，降低了液體從氣泡膜中排出的速率，延遲了液膜變薄和泡沫坍塌，改善了攜液性能。除了對液膜的影響外，高黏度液體還能阻礙氣泡的相互運動和合并，以保持泡沫結構和穩定性。

使用2.2.4節描述的方法，在剪切速率范圍50-200 s?1下進行黏度測量。如圖7所示，無NaCl時黏度：AE2S ≈ AE5S ≈ AE7S，AES黏度差異很小。100和200 g/L NaCl時：AE2S > AE5S > AE7S。

總體而言，在50 s?1至200 s?1的剪切速率范圍內系統測量了AEnS溶液的黏度特性。AEnS溶液的黏度隨NaCl質量濃度的增加呈現先降低后增加的非線性趨勢。這一現象可歸因于AEnS分子之間的顯著靜電排斥。隨著NaCl質量濃度的增加，溶液中的Na?通過電荷屏蔽效應削弱表面活性劑分子之間的靜電排斥，導致分子間距離縮短和不同程度聚集體的形成，這可能是黏度最初降低的主要原因。然而，隨著Na?濃度的進一步增加，AEnS分子形成的膠束在尺寸和形態上發生顯著變化。膠束之間相互作用增強的證據表明，這可能形成更復雜的超分子結構（如蠕蟲狀膠束或網狀結構），導致溶液黏度增加。

在200 g/L NaCl下，AE2S的黏度高于AE5S和AE7S。通過TEM觀察了不同NaCl質量濃度下的AE2S。

如圖8所示，AE2S溶液中聚集體的數量和結構隨NaCl質量濃度的增加而顯著增加。當NaCl質量濃度進一步增加時，表面活性劑分子與Na?的結合增強，導致聚集機制從AE2S的簡單分子間聚集轉變為涉及AE2S、Na?和H?O的復雜聚集過程。這種轉變導致大規模"樹枝狀"聚集體結構的形成，這可能是AE2S溶液黏度趨勢顯著變化的主要原因。AE7S在200 g/L NaCl下的聚集形態與相同條件下AE2S的形態顯著不同。這種形態差異直接導致了兩者的黏度變化，進一步證明了膠束聚集狀態對溶液黏度的決定性影響。

2.5 泡沫性能

如圖9所示，在無NaCl條件下，EO數越高，AES在0.1%濃度下的泡沫性能越好。隨著NaCl質量濃度增加到100 g/L和200 g/L，EO數與泡沫性能之間呈負相關。AE2S的泡沫半衰期和攜液效率分別為382 s和86%。在100 g/L NaCl條件下，AE2S的泡沫性能增強，泡沫半衰期和攜液效率分別增加到568 s和90%。

使用相同設備對泡沫進行測試表明，AEnS系列在含100 g/L和200 g/L NaCl條件下仍能發泡，攜液率如表4所示。在100 g/L NaCl條件下，EO數越高，AEnS的凝析油抗性越強；此時，AE2S尚未形成較大的膠束結構，而較高的EO數傾向于形成小而穩定的膠束。在200 g/L NaCl條件下，AE2S已形成較大的膠束結構，因此AE2S的泡沫結構更堅固，具有更強的凝析油抗性。

2.6 分子動力學模擬

我們進行了分子動力學模擬以評估AEnS的NaCl耐受性。最初模擬了NaCl分子對AE2S、AE5S和AE7S在水-氣界面吸附的影響。含AEnS的泡沫模型在液相中的平衡構型如圖10所示。在平衡條件下，三種表面活性劑幾乎都保留在真空-水界面，證實了AEnS優異的發泡性能。在30和60 NaCl條件下的結果也可比。隨后對 varying NaCl條件下AEnS的RDF和MSD分析進行了研究。

RDF表示在距離參考粒子r處找到其他粒子的概率，反映粒子的空間分布，也表示為g(r)。圖11（a-c）展示了不同NaCl分子體系中水分子圍繞AEnS親水頭基的RDF曲線。積分g(r)量化了與頭基結合的水分子數，如表5所示。從圖11和表5可以看出，曲線在水平坐標約2.4 ?處有一個第一峰，對應于在該距離從頭基形成第一水合層。第一水合層內的水分子數隨NaCl質量濃度的增加而減少。此外，在約4.0 ?處出現第二個特征峰，表明AEnS頭基周圍水合層的結構變化。AEnS頭基與Na?之間的RDF（圖11d-f）證實Na?能夠滲透第二水合層并與親水頭基直接相互作用。

表6進一步顯示Na?能夠進入極性頭基的第一和第二水合層，改變水分子與極性頭基之間的相互作用。

由于Na?與H?O在第一和第二水合層中的空間位阻，水合層中的水分子數減少，這直接降低了泡沫攜液效率。H?O與AEnS之間發生氫鍵作用。同時，H?O中弱負電性的O原子與AEnS帶負電荷的親水頭基通過靜電吸引與Na?相互作用。AEnS、H?O和Na?之間的這些相互作用形成穩定結構，延長了AEnS的泡沫半衰期。這一現象解釋了TEM中觀察到的200 g/L AE2S出現"樹枝狀"聚集體的現象。

為了進一步研究第一水合層中水分子的遷移性，采用MSD方法分析AEnS頭基附近結合水的擴散行為。MSD曲線的斜率表示擴散速率，AE2S、AE5S和AE7S在100 g/L NaCl溶液中的MSD曲線如圖11（g-i）所示。從MSD曲線計算了各表面活性劑在不同NaCl溶液中的擴散系數，如表7所示。對于AE2S和AE5S，NaCl的加入促進了它們的擴散過程，而AE7S在60 NaCl分子體系中的擴散系數仍低于純水中。這一現象證實AE2S和AE5S在NaCl溶液中比AE7S表現出更好的發泡能力。在同一NaCl分子體系中，擴散系數的大小與AEnS的發泡能力相關，表明AE2S在60 NaCl體系中表現出最佳的整體泡沫性能。

3 結論

本研究調查了三種不同EO數的AEnS在80°C和三種不同NaCl質量濃度下的泡沫穩定性和攜液效率。我們還初步評估了AEnS在氣井排水采氣和產氣方面的性能。此外，通過動態表面張力、界面張力、液膜厚度、黏度、TEM和分子動力學模擬探索了機理，得出以下結論：

1）AE2S實現了較低的動態表面張力和界面張力，從而在界面性能方面顯示出其優越的泡沫性能。

2）較大的液膜厚度表明AE2S泡沫具有更高的機械強度和攜液能力。

3）黏度測量和TEM觀察揭示，在高NaCl質量濃度下AE2S的膠束聚集形態與AE5S和AE7S不同，形成"樹枝狀"聚集體有助于泡沫的穩定性。

4）泡沫時間和攜液效率進一步直觀展示了AE2S泡沫在耐鹽性、耐溫性和耐凝析油性方面的優越性。

5）分子動力學模擬證實了AEnS、NaCl和H?O之間的相互作用，表明它們能夠形成穩定結構，特別是AE2S能夠形成更穩定的泡沫。