摘要

采用旋转滴法研究了阴离子表面活性剂重烷基苯磺酸盐（HABS）和石油磺酸盐（PS）的界面扩张流变特性。考察了振荡频率、表面活性剂浓度、油相、界面张力对界面模量的影响，比较了HABS和PS的界面膜强度和界面活性的差异。结果表明，HABS的亲水亲油平衡能力比PS强，能将癸烷-水界面张力和原油-水界面张力降低至0.01 mN/m数量级。HABS和PS分子间均以静电斥力为主，扩散-交换过程主导，界面膜黏性较大。在癸烷-水界面，分子尺寸较小的HABS扩散-交换更快，界面膜的黏性比PS高，扩张模量在高浓度时降低得更明显；原油中活性组分在原油-水界面上混合吸附，造成HABS和PS界面膜的黏弹特性相似。HABS与原油组分间存在协同效应，在将界面张力降低至0.01 mN/m数量级的同时，还能维持一定的界面膜强度，在提高原油采收率方面有较大潜力。

作为三次采油的关键技术，化学驱在提高原油产量、扩大开采范围、降低开发成本等方面具有重要意义。其中，表面活性剂驱通过降低油水界面张力、乳化作用、改变岩石润湿性等，提高原油流动性并有效提高原油驱替效率，具有广泛的应用前景。

重烷基苯磺酸盐（HABS）是重烷基苯经磺化反应得到的具有优异耐温性能的高界面活性表面活性剂。同时由于成本优势，HABS被广泛用作洗涤剂、缓蚀剂、增塑剂、润滑油添加剂和驱油剂。在驱油方面，0.05%~0.2%的国产重烷基苯磺酸盐的驱油效率比水驱高20%。Niu等人利用重烷基苯磺酸盐与壬基酚十二烷基磺酸盐的协同效应提高了润湿性能和发泡性能。Li等人研究了重烷基苯磺酸盐-弱碱-水解聚合物三元复合驱的界面性质和微观驱油机理。Liu等人注意到碱会破坏重烷基苯磺酸盐形成的胶束、提高分配系数并降低油/水界面张力。石油磺酸盐（PS）是由石油馏分经磺化反应得到的一种界面活性强、乳化能力好的阴离子表面活性剂，能将油/水界面张力降低至超低水平（10-3 mN/m数量级），在工业清洗、乳化剂、提高原油采收率等领域广泛应用。Luan等人发现石油磺酸盐与N,N-二羟乙基烷基酰胺羧酸盐在提高原油采收率方面具有协同效应。Zhao等人测定了石油磺酸盐和重烷基苯磺酸盐与木质素磺酸盐复配体系的界面张力，发现重烷基苯磺酸盐与木质素磺酸盐复配体系的界面活性更好。

由于低界面张力是提高原油采收率的关键参数，大量研究致力于寻找合适结构的表面活性剂，以期获得降低超低界面张力。然而随着研究的深入，研究者发现低界面张力并不是决定原油采收率的唯一影响因素，界面膜强度对于提高原油采收率同样非常重要。界面膜强度决定乳状液稳定性和液滴形变能力，是控制原油乳状液在孔隙中运移的关键因素，对驱油效率有较大影响。已有研究表明，较强的界面膜强度和高黏度不利于原油在孔喉中的运移，而中等强度的界面膜反而更有利于原油在孔隙中的运移。因此，确保低油水界面张力的同时，调控油/水界面膜强度对实现高驱油效率意义重大。

滴外形法是研究界面扩张流变的常用手段，但当油水界面张力低于5 mN/m时，由于液滴不能稳定存在于毛细管口，造成测量困难。旋转滴法是一种利用离心力和界面张力的关系来测量低界面张力的实验手段，能够测量超低油/水界面张力体系的界面流变参数。张磊等人利用旋转滴法测量了2-丙基-4,5-二庚烷基苯磺酸钠在癸烷-水界面的扩张流变性质，证明旋转滴法与悬滴法的扩张模量值接近，是研究界面扩张流变的有效手段。Alvarado利用旋转滴法考察了沥青质对十二烷基苯磺酸钠在油/水界面的流变性质的影响。Marquez等人利用旋转滴法测定了十二烷基硫酸钠、正戊醇和煤油体系的界面性能，还研究了延展型硫酸盐和壬基酚聚氧乙烯醚在高沥青质含量的原油体系的界面流变性质。Ma等人采用旋转滴法比较了阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠、非离子表面活性剂TX100、两性离子表面活性剂烷基磺基甜菜碱和延展型表面活性剂烷基聚氧丙基醚硫酸钠在癸烷-水界面的扩张模量。然而，低界面张力表面活性剂重烷基苯磺酸盐和石油磺酸盐的界面流变性质至今仍然缺乏报道。

为了阐释低界面张力阴离子表面活性剂重烷基苯磺酸盐和石油磺酸盐在油/水界面的行为，本文通过旋转滴法考察了频率、浓度等因素对重烷基苯磺酸盐和石油磺酸盐在癸烷-水界面和原油-水界面扩张模量的影响，分析其界面膜强度和界面活性的差异。这有助于深入理解重烷基苯磺酸盐和石油磺酸盐界面膜性质的调控机制，对化学驱体系的设计和优化具有重要意义。

1实验部分

1.1主要材料、试剂与仪器

石油磺酸盐（PS），平均分子量为400，活性物含量为40%，大庆油田提供；重烷基苯磺酸盐（HABS），平均分子量为450，活性物含量为45%，大庆油田提供；正癸烷，分析纯，阿拉丁生化科技股份有限公司；大庆原油，大庆油田提供，酸值0.147 mg KOH/g，油藏温度45℃；大庆模拟地层水的离子组成及含量如表1所示。

表1大庆模拟地层水的组成离子及含量

dIFT旋转滴界面张力/流变仪，芬兰Kibron公司。

1.2实验方法

采用CNGTX旋转滴界面张力/流变仪测量石油磺酸盐和重烷基苯磺酸盐溶液的界面张力和界面扩张模量。首先将石油磺酸盐或重烷基苯磺酸盐表面活性剂溶液作为外相注入样品管内，然后将癸烷或原油作为内相注入样品管，接着将样品管的转速调整至8 000 r/min，捕捉油滴的面积变化以计算界面张力。当界面张力达到稳态值后，对转速进行振幅为2 000 r/min的正弦周期振荡，使液滴面积发生正弦周期变化，记录液滴界面面积的正弦周期变化和界面张力的正弦周期响应，计算界面扩张模量。扩张模量（ε）为界面张力（γ）变化与相对界面面积（A）变化的比值，如下式所示：

ε=dγdlnA

实验温度为45℃。界面张力值的测量误差小于3%，界面模量的测量误差小于5%。