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來源：化學(xué)學(xué)報 瀏覽 19 次 發(fā)布時間:2025-12-17
2.2界面潤濕性調(diào)控驅(qū)油劑的性能評價
2.2.1臨界膠束濃度
使用界面流變儀測量不同濃度SDDBS溶液平衡狀態(tài)下的表面張力，得到SDDBS的表面張力隨濃度變化曲線如圖3所示.通過數(shù)值擬合得到轉(zhuǎn)折點，確定SDDBS溶液的臨界膠束濃度(cmc)為0.02%(w)，該濃度也作為后續(xù)性能評價實驗的使用濃度.
圖3室溫下SDDBS的表面張力隨質(zhì)量濃度變化曲線
2.2.2吸附性能
將親油云母片在0.02%(w)SDDBS溶液中處理10 min，以模擬界面潤濕調(diào)控驅(qū)油劑在親油巖石表面的吸附.使用原子力顯微鏡(AFM)觀察吸附后云母片的表面形貌.如圖4所示，SDDBS在親油云母片表面吸附層厚度約為1.25 nm，表面吸附得較為均勻，主要呈不規(guī)則顆粒狀分布，平均粗糙度為0.96 nm.采用紫外分光光度法測定了不同濃度的SDDBS在親油處理的石英砂表面吸附量，結(jié)果如圖S1(見支持信息)所示，SDDBS飽和吸附量約為5.9 mg/g，有良好的吸附性能.
圖4(a)親油處理云母片在0.02%(w)SDDBS溶液中吸附后AFM表面形貌3D圖;(b)AFM表面形貌2D圖;(c)吸附高度剖面圖
2.2.3降低油水界面張力性能
使用旋轉(zhuǎn)滴法測量不同濃度SDBS和SDDBS溶液平衡狀態(tài)下與油的界面張力，分別使用正己烷(圖5)與十二烷(圖S2，見支持信息)為油相，實驗結(jié)果表明SDDBS與SDBS在降低油水界面張力能力上差異不大.由圖5可知，隨著SDDBS溶液的質(zhì)量濃度增大，界面張力先逐漸降低，在濃度增加至0.02%(w)后趨于穩(wěn)定.SDDBS溶液可將油水界面張力降低至2.6 mN/m。探究了鹽濃度對SDDBS降低油水界面張力的影響(圖S3，見支持信息)，實驗結(jié)果表明界面張力隨鹽濃度升高而降低，在地層水條件下SDDBS可降低油水界面張力至1.05 mN/m.
圖5 SDBS與SDDBS正己烷-水界面張力隨質(zhì)量濃度變化曲線
2.2.4潤濕性調(diào)控性能
親油處理后玻璃片的空氣中水滴接觸角為100.2°，水下油滴接觸角為19.2°，為疏水親油性質(zhì).將親油玻璃片分別浸泡在0.02%(w)去離子水配置的SDBS、SDDBS溶液和地層水配置的SDDBS溶液中48 h，使用接觸角測量儀分別測量不同處理時間下其水滴接觸角及水下油滴接觸角.結(jié)果如圖6所示.SDDBS潤濕性調(diào)控能力較SDBS有較大提升，處理后空氣中水滴接觸角由65.1°降至24.5°，水下油滴接觸角由87.3°升至153.9°.經(jīng)SDDBS處理后的玻璃片呈現(xiàn)親水/水下強疏油性質(zhì).為探究鹽對界面潤濕調(diào)控性能的影響，使用地層水配置的SDDBS溶液處理親油玻璃片，結(jié)果表明處理后空氣中水滴接觸角為35.6°，水下油滴接觸角為133.6°，說明地層水的引入降低了SDDBS對親油表面的親水疏油調(diào)控效果.這是由于地層礦化度條件下，SDDBS分子鏈團(tuán)聚影響界面吸附，導(dǎo)致潤濕調(diào)控能力略有下降.
圖6親油玻璃片在去離子水配置SDBS、SDDBS及地層水配置SDDBS溶液中浸泡48 h后空氣中水滴接觸角(a)和水下油滴接觸角(b)
2.2.5油膜剝離性能
將親油處理后的玻璃片表面涂覆原油(原油成分見表S1，見支持信息)，100℃下老化48 h，模擬油藏巖石表面油膜.在60℃下將原油老化的玻璃片分別浸入0.02%(w)的SDBS和SDDBS溶液中，記錄實驗過程中油膜剝離狀態(tài)，通過圖形分析軟件得到不同時刻下的油膜相對面積.
如圖7a所示，經(jīng)SDDBS溶液處理后，油膜面積降低明顯，油膜收縮最終以油珠形式從巖石表面脫離.而經(jīng)SDBS溶液處理后，油膜面積僅有少量減少，24 h后仍有大部分油膜未被有效剝離.油膜相對面積隨時間的變化曲線如圖7b所示，SDDBS處理后，24 h內(nèi)油膜面積減小了89%(黑色曲線).而油膜在SDBS中面積僅減小約53%(藍(lán)色曲線)，說明羥基的引入有效促進(jìn)了油膜剝離.使用模擬地層水(配方見表S2，見支持信息)配置0.02%(w)SDDBS溶液，以相同方法進(jìn)行油膜剝離實驗，得到圖7b紅色曲線.由圖可得，地層水條件下SDDBS溶液的油膜剝離效果減弱，24 h內(nèi)油膜面積減小了81%，結(jié)合前述潤濕性調(diào)控與界面張力結(jié)果，鹽濃度的增加雖然降低了油水界面張力，但同時使得處理后表面水下油滴接觸角減小，疏油性減弱，最終導(dǎo)致油膜剝離效果變差，說明油固界面潤濕性調(diào)控在油膜剝離中起重要作用.較于文獻(xiàn)報道仍具有優(yōu)越效果，說明制備的SDDBS具有良好的油藏環(huán)境適應(yīng)性，實際應(yīng)用潛力巨大.
圖7(a)SDDBS和SDBS處理油膜效果;(b)不同條件下油膜相對面積隨時間變化曲線
如圖8所示，SDDBS剝離油膜機理可從以下三個方面進(jìn)行闡釋，首先SDDBS吸附在油水界面上降低了油水界面張力;其次，SDDBS的二羥基通過氫鍵作用強化了其與巖石表面吸附，磺酸基團(tuán)富集于巖石表面使得巖石表面由親油轉(zhuǎn)變?yōu)閺娪H水，極大地增加了油滴在巖石表面接觸角，降低粘附功而使得油膜易于剝離;最后，由于SDDBS在油水界面和巖石表面同時吸附，增加剝離后油滴與巖石表面間的靜電斥力，使得剝離后油膜不易重新粘附壁面，實現(xiàn)高效剝離。
圖8 SDDBS剝離油膜的動態(tài)過程示意圖