2.2Ca2+的影響

2.2.1抗鹽性表征

通過瓶試法對支鏈化程度不同的兩種內(nèi)烯烴磺酸鹽的Ca2+抗鹽性進行了表征，結(jié)果如圖5所示。圖5中，紅色數(shù)字代表蒸餾水中Ca2+的質(zhì)量分數(shù)。由圖5可知，兩種表面活性劑溶液在質(zhì)量分數(shù)較高的條件下均出現(xiàn)絮狀物，其中A?18溶液相對澄清，但整體來看，二者在Ca2+體系中的抗鹽性較在Na+體系中相比顯著下降。

圖5內(nèi)烯烴磺酸鹽的Ca2+抗鹽性表征

高質(zhì)量分數(shù)鹽離子會與水分子強烈結(jié)合，減少自由水分子數(shù)量，破壞表面活性劑分子間的氫鍵結(jié)構(gòu)，使其溶解度下降而析出；同時，在高礦化度條件下，陰離子表面活性劑易與二價金屬陽離子結(jié)合形成沉淀物，降低其溶解性及界面活性。需要指出的是，當Ca2+質(zhì)量分數(shù)達到1.000%時，內(nèi)烯烴磺酸鹽仍存在一定程度的失效現(xiàn)象，但相較于常規(guī)的大慶石油磺酸鹽，其抗Ca2+能力已有明顯提升。

2.2.2Ca2+對正癸烷?水界面張力的影響

相較于Na+，Ca2+除了可壓縮雙電層外，還具有更強的分子集合能力，可進一步增加表面活性劑在界面上的吸附量。為了探究Ca2+對兩種內(nèi)烯烴磺酸鹽降低油水界面張力性能的影響，在總礦化度固定的條件下，逐步增加NaCl溶液中Ca2+的質(zhì)量分數(shù)，測定了A?18和I?20與正癸烷間的界面張力，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，Ca2+的加入可進一步降低油水界面張力，且界面張力隨著Ca2+質(zhì)量分數(shù)的增加而降低，直至失效（Ca2+質(zhì)量分數(shù)大于0.5%）。從理論上分析，體相中的一個二價陽離子可在界面附近同時結(jié)合兩個陰離子表面活性劑分子，增大表面活性劑在界面的吸附密度，使表面活性劑分子排列更加緊密，從而降低界面張力。由圖6還可知，少量的Ca2+便可表現(xiàn)出一定的結(jié)合能力，在實驗考察范圍內(nèi)，對于A?18，Ca2+體系的穩(wěn)態(tài)界面張力始終低于Na+體系。隨著烷基支鏈化程度的增加，表面活性劑的疏水性與親水基在油水兩相中的占據(jù)空間趨于均衡，界面活性增強，但表面活性劑分子的進一步吸附需要克服更大的空間位阻，僅在較高Ca2+質(zhì)量分數(shù)時才會表現(xiàn)出較強的結(jié)合能力。因此，I?20在Ca2+質(zhì)量分數(shù)較低時的穩(wěn)態(tài)界面張力與Na+體系幾乎重疊。

圖6不同Ca2+質(zhì)量分數(shù)下A?18和I?20與正癸烷間的界面張力

2.2.3Ca2+對原油?水界面張力的影響

在考察Na+對界面張力的影響過程中發(fā)現(xiàn)，原油中的活性組分會影響表面活性劑降低油水界面張力的效果。因此，進一步考察內(nèi)烯烴磺酸鹽分子、原油活性組分以及Ca2+在油水界面附近的自組裝行為具有重要的學術(shù)價值。圖7為Ca2+質(zhì)量分數(shù)對兩種內(nèi)烯烴磺酸鹽與勝利原油界面張力的影響。結(jié)合圖6、7可知，與正葵烷?水體系相比，原油?水體系A?18的界面活性在高Ca2+質(zhì)量分數(shù)下進一步增強，該變化規(guī)律與圖4結(jié)果一致。這表明Ca2+對原油中的部分小分子活性組分同樣具備結(jié)合能力，油水界面張力的變化主要由界面上的吸附空位決定。對于界面吸附膜比較松散、吸附空位較多的支鏈內(nèi)烯烴磺酸鹽體系，Ca2+可同時結(jié)合界面及界面附近的表面活性劑分子和帶負電的活性組分，形成混合吸附膜，三者可產(chǎn)生協(xié)同作用。

圖7Ca2+質(zhì)量分數(shù)對兩種內(nèi)烯烴磺酸鹽與勝利原油界面張力的影響

需要指出的是，油水乳狀液的形成是通過外界做功，將一種液體破碎成小液滴并分散到另外一種液體中，從而極大地增加體系相界面面積的過程。選擇合適的表面活性劑可顯著降低油水界面張力，減少乳狀液形成所需的“能量需求”，同時削弱液滴間的聚并行為，減緩乳狀液的“自發(fā)破乳”。因此，本文通過調(diào)控體系離子強度，考察了內(nèi)烯烴磺酸鹽降低油水界面張力的能力，研究結(jié)果可為乳化及破乳的研究提供重要參考。

3結(jié)論

1）相較于常規(guī)陰離子，內(nèi)烯烴磺酸鹽具有較好的抗鹽性能和抗Ca2+干擾能力，在Ca2+質(zhì)量分數(shù)為0.5%的體系中仍能保持較好的水溶性且不會發(fā)生失活現(xiàn)象，能滿足高溫高鹽油藏的實際需求。

2）疏水烷基支鏈化可以增加內(nèi)烯烴磺酸鹽的界面活性，其中I?20可將正癸烷?水界面張力降至10-2mN/m數(shù)量級；原油中的活性組分對油水界面張力的影響主要取決于界面上的吸附空位，對于界面吸附膜比較松散、吸附空位較多的直鏈內(nèi)烯烴磺酸鹽體系，原油中的活性組分可能是主導界面性能的重要因素。

3）離子強度的增加可以壓縮內(nèi)烯烴磺酸鹽分子離子頭基的雙電層厚度，削弱分子間的靜電斥力，增大表面活性劑在油水界面的吸附量，降低油水界面張力；相較于Na+，Ca2+具有更強的分子集合能力，在高質(zhì)量分數(shù)下可進一步提高內(nèi)烯烴磺酸鹽的界面活性。

4）現(xiàn)有相關(guān)研究雖已證實離子強度對降低耐溫抗鹽表面活性劑的界面張力具有促進作用，但并未對離子作出明確區(qū)分。本文在現(xiàn)有研究的基礎上，充分考察了離子類型對內(nèi)烯烴磺酸鹽界面性能的影響，明確了其作用機理。結(jié)合實際油藏環(huán)境，提出適配建議：當Ca2+質(zhì)量分數(shù)低于0.5%時，優(yōu)先選用支鏈內(nèi)烯烴磺酸鹽；直鏈型內(nèi)烯烴磺酸鹽則更適用于Ca2+質(zhì)量分數(shù)較高的油藏。