石油磺酸盐各活性组分对二元复合驱体系的影响.doc

1、1石油磺酸盐各活性组分对二元复合驱体系的影响摘 要：利用 HLPC（高效液相色谱）对 SLPS（胜利石油磺酸盐）进行了单、双、多磺酸盐的检测，通过实验证明 HLPC 可以简便快捷的检测SLPS 中各组分的含量；并通过对 SLPS 进行分离，得到了富含单磺酸盐的组分 h 和富含双磺酸盐、多磺酸盐的组分 d、e；通过对孤岛东区油水界面张力检测，组分 h 具有很好的界面活性，可以将油水界面张力降至超低，而组分 d、e 界面活性差，不能有效的降低界面张力，同时组分d、e 含量的提高会引起界面张力的提高；通过测定不同组分对 HPAM（部分水解聚丙烯酰胺）粘度的影响，表明组分 h 对 HPAM 粘度影响较

2、小，而组分 d、e 对 HPAM 具有很强的降粘作用。 关键词：单磺酸盐 多磺酸盐 高效液相色谱 极性萃取 界面张力 中图分类号：TE357.46 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）05-0378-02 石油磺酸盐是油田常用的一种驱油用表面活性剂，含有活性物、未磺化油、无机盐等组分。由于原料油成分复杂，不同地区和不同批次的原料油差异也很大，加之磺化剂和磺化条件不同，所得到的磺化产物的结构和性能差异很大，这些不确定因素导致合成出的石油磺酸盐产品性能不稳定1。为了便于试验研究，要对石油磺酸盐的组分通过极性萃取分离，并通过 HLPC 进行分析2。另外，石油磺酸盐的组成、分子结构

3、、当量及当量分布等性质的分析评价对于开展石油磺酸盐的理论研究及指2导其在三次采油中的应用至关重要。通过对 PS 中各组分的研究，发现 PS体系中的多磺酸盐对界面张力、聚合物粘度都有着直接的影响。 一、SLPS 中活性物的萃取分离 一般情况下多磺酸盐的极性最强、双磺酸盐次之、单磺酸盐极性最弱，所以通过极性萃取可以在一定程度上对不同组分的磺酸盐进行分离。通过界面张力测定，可以分析各组分磺酸盐对界面张力的贡献。 1.实验仪器及药品 2.实验步骤 称取 100g 石油磺酸盐产品，转入 1000ml 分液漏斗中，加入 750ml50%异丙醇水溶液，混合均匀，用 400ml 正戊烷，分三次萃取。将上层溶液

4、收集，旋转蒸发、烘干后，称取未磺化油质量。 下层溶液用 700ml 苯进行萃取，第一次用苯 300ml、随后每次用200ml。上层溶液收集后，在 80旋转真空蒸发，得到组分 a，称重。苯萃取后的下层溶液，用 400ml 氯仿分三次萃取，得到组分 b，旋转蒸发并烘干，称重。将氯仿萃取后的溶液蒸干后，溶于 750ml 仲丁醇水的饱和溶液中，用 450ml 蒸馏水分三次萃取，得到组分 c，以及剩余组分 d，然后分别烘干、称重。 3.实验结果及讨论 将极性萃取所得各活性物组分进行 PLPC 分析，检测其单、双、多磺酸盐含量。对活性物峰面积进行积分。通过极性萃取法对石油磺酸盐中的各组分进行萃取，随着萃取

5、剂极性的增加，萃取层单磺酸盐含量减少，双磺酸盐和多磺酸盐含量增加。最终的萃余层含有大量的双、多磺酸盐。3未磺化油、苯、氯仿萃取相中磺酸盐成分十分相似，以单磺酸为主，含有少量的双磺酸盐和多磺酸盐。这部分磺酸盐具有较高的当量和较强的油溶性。可以将这三部分磺酸盐混合为组分 h。 仲丁醇饱和水溶液萃取相中的磺酸盐以双磺酸为主，同时含有一定量的低当量单磺酸盐，多磺酸盐含量较高。萃余相中主要是亲水性很强的双磺酸盐和多磺酸盐，单磺酸盐含量较少。 单、双、多磺酸盐的亲油性依次减弱，亲水性依次增强。对于三次采油而言，不同的油水体系对磺酸盐的当量分布要求不同，一般轻质原油需要较低的当量分布，而重质原油需要当量较高

6、的磺酸盐。注入水矿化度对磺酸盐也有很大的影响，矿化度越低，需要的磺酸盐当量要求越高。可见，对石油磺酸盐进行极性分离，具有十分重要的意义，可以根据不同的油水条件对磺酸盐进行选择和复配。 二、各组分对界面张力的影响 1.实验仪器和药品 2.实验步骤 将 SLPS 分离组分 h、d、e 用胜利油田孤岛东区注入水配制成 0.3%浓度的活性水；分别用 h、d、e 检测油水界面张力；将 h 分别与 d、e 组分复配，检测油水界面张力；界面张力测定温度 70，转速 5000rpm。 3.结果与讨论 单一的组分 h 具有很强的界面活性，可以将油水界面张力降至超低。而单一的 d、e 组分都不能有效的降低油水界面

7、张力。在组分 h 中加入组分 d、e，界面张力都会升高，e 升高速度快于 d。e 是仲丁醇饱和水溶液4的萃余相，其亲水性要强于 d，同时双磺酸盐和单磺酸盐含量高于 d。从表 3 中可以看到，对于孤岛东区油水体系亲水性强的磺酸盐组分会在很大程度上导致界面张力的升高。由于 e 的亲水性高于 d，其对界面张力的影响更为显著。 表活剂之所以可以降低油水界面张力是因为表活剂分子可以在油水界面上富集，其亲油基进入油相亲水基进入水相，从而加强了油水分子间的相互作用，使界面张力降低。表活剂分子在油水界面上富集，必须具有合适的 HLB 值和亲油基结构3-5。SLPS 的亲油基团主要为直链或直链饱和烃。由于石油结

8、构复杂和磺化反应中副反应的存在，使产品结构复杂，通过极性萃取可以按照 HLB 值的不同在一定程度上将复杂的磺酸盐组分进行分离，具体到石油磺酸盐则表现为对不同亲油基链长和不同磺酸基数目组分的分离。 三、磺酸盐各活性组分对聚合物粘度的影响 胜利油田二元复合驱，以 HPAM 和 SLPS 复配。注入液粘度是重要参数，如果 SLPS 对其粘度影响太大，则无法发挥 HPAM 的调剖作用，无法有效的扩大波及系数，使驱油效果降低。 3.1 实验仪器及药品 2.实验步骤 将孤岛东区 HPAM 配制成 1800ppm 聚合物溶液，室温老化 24h；分别用 SLPS 组分 h、d、e 配制成 0.3%、0.5%、

9、0.9%三个浓度的溶液；放入70恒温水浴，每间隔 24h 测一次粘度。 3.结果与讨论 不同组分对 HPAM 粘度的影响是不同的。组分 h 对 HPAM 粘度的影响5较小；组分 d、e 对 HPAM 的影响较大，粘度下降迅速，并在 2d 达到最低值，此后粘度稳定在最低值附近。 表活剂分子和 HPAM 之间存在氢键、络合、吸附等复杂的作用6-9。在聚合物的水溶液中，HPAM 分子量比较大，在溶液的存在状态、舒展程度直接影响溶液的整体粘度：偶极水分子通过吸附或者氢键在聚合物分子周围形成溶剂化层或者成为束缚水，同时因为带电基团的静电斥力而使聚合物分子更加舒展，无规线团的体积增大，这就使得分子运动的内

10、摩擦力增大，流动阻力增加，溶液的粘度增加。表观粘度是直接影响聚合物溶液流度控制作用的指标，它取决于聚合物在特定溶剂中的分子尺寸、数量以及空间结构。加入表面活性剂后，由于两者之间的相互作用会改变聚合物分子的构象，进而改变聚合物分子之间、聚合物分子与溶剂分子之间的内摩擦力，导致宏观溶液粘度的变化10。 HPAM 之所以能够提高水溶液的粘度，是因为 HPAM 高分子链在水溶液中舒展，形成网状结构，从而阻碍了水分子的运动。HPAM 在水溶液中的舒展状态主要取决于 HPAM 分子与水分子的氢键作用，以及 HPAM 的分子完整程度。SLPS 是阴离子表活剂，其亲水基是磺酸铵不会与 HPAM 形成氢键，但是

11、磺酸铵在水中电离出 NH4+。HPAM 亲水基为羧酸铵，加入 SLPS后在溶液中引入了大量的 NH4+，从而使 HPAM 亲水基的双电层压缩，降低其与水分子的作用，从而使 HPAM 分子伸展程度不足，造成了粘度降低。SLPS 中的 h、d、e 组分分子量依次降低，在加入相同质量浓度各组分的情况下，分子量越低引入体系的 NH4+也会越多，这样对 HPAM 粘度的影响就会更加显著。 6四、结论 1.利用 HPLC 可以快速准确的检测 SLPS 中单、双、多磺酸盐含量； 2.通过极性萃取可以分别得到富含单磺酸盐、双磺酸盐和多磺酸盐的活性组分； 3.对孤岛东区油水体系，多磺酸盐和双磺酸盐组分的界面活性

12、差，无法有效降低油水界面张力，并且会在很大程度上影响单磺酸盐组分的界面活性； 4.对孤岛东区油水体系，多磺酸盐和双磺酸盐会极大的减小 HPAM 水溶液的粘度。 参考文献 1王凤清、王玉斗、吴应湘，驱油用石油磺酸盐的合成与性能评价，中国石油大学学报（自然版） ，2008，2（32）：138-141 2田志铭，高效液相色谱柱切换技术在油相内石油磺酸盐分析中的应用，油气地质与采油率，2006，13（5）：81-82. 3吕玲、黄志宇、邹长军， 三次采油用石油磺酸盐体系的界面张力及其影响因素，内蒙古石油化工，2006，6：122-127 4陈咏梅、徐峰、张睿，石油磺酸盐水溶液及其油/ 水平衡体系，物理

13、化学学报，1999，5（19）：789-794 5于芳、范维玉、南国枝，石油磺酸盐组分的结构与性能关系，石油学报（石油加工） ，2008，2（24）：204-212 6曹绪龙、蒋生祥， 阴离子表面活性剂与聚丙烯酰胺间的相互作用，高等学校化学学报，2002，9（19）：866-869 77方晓雯：、赵濉、袁汉珍等，正十二烷基硫酸钠在聚丙烯酰胺溶液中聚集的 1H NMR 研究，波普学杂志，2003，2（20）：121-127 8樊明红，表面活性剂与聚合物相互作用的研究，哈尔滨工程大学硕士毕业论文，2004 9王红艳，二元复合化学驱油体系及聚表相互作用研究，工程硕士学位论文，2006 10Yan Li、Jan C.T Kwak.Rheology and Binding Studies in Aqueous Systems of Hydrophobically Modified Acrylamide and Acrylic Acid Copoymers and SurfactantsJ.Colloids and SurfacesA：Physicochem Eng Aspects，2003，225，169.180