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一種磺酸鹽類的高分子活性劑合成、分子結構及對油田污水回注效率影響
來源：當代化工 瀏覽 544 次 發布時間:2025-08-08
通過提高油田污水的循環利用是減少含油污水外排污染的有效途徑，但油受到油藏差異性和采油用劑的影響，油田污水回注效率大大降低。為提高中后期油田污水的回注效率，合成一種磺酸鹽類的高分子活性劑，以油水界面張力性能、潤濕性能、油水乳化能力、洗油率等作為評價指標，從而研究活性劑的分子結構對驅油效率的內在影響機理，為油田回注提供理論與實踐參考。
隨著我國油田開發進入到中后時期，大量高含水油井逐步增加。以聚合物驅油、油田污水回注等技術被廣泛的應用在高含水油井開采中，以此提高中后期油井石油采收率。其中聚合物驅油主要通過對油井高滲透處封堵的方式，提高油井采收率，但該方法典型的弊端在于污染嚴重，如甲醛、苯酚等劇毒物質，給地下水造成嚴重污染。因此，油田污水回注技術成為當前油井開發的一個重要公關方向，而如何提高污水回注效率成為該技術實現的關鍵。通過研究認為，高分子表面活性劑以滲透力差，成膜性好等特點，避免了與傳統高分子化合物在復配后產生的效果不良問題，并具有較好的相容性和環境友好性。對此以磺酸鹽類活性劑的合成為例，研究分子結構與其驅油效率的內在機理，以此為高含水井石油開采提供參考。
1實驗部分
1.1污水水樣與油樣
污水樣品選自延長油田污水處理站，采用自然返排法將采集污水密封在容器內。油樣取自延長油田生產井，取出后通過脫水，分離水與原油。
1.2模擬地層水
根據延長油田地層特點，配置整體礦化度為8461 mg/L，具體離子組成如表1所示。
1.3實驗試劑與設備
實驗試劑主要選取糠醛抽出油、二氯乙烷、發煙硫酸、30%NaOH、無水乙醇、AO等；實驗設備選擇磺化器、攬拌器、溫度計、冷凝管、100 mL四口瓶等。
2不同磺酸鹽合成
2.1石油磺酸鹽合成
用石油油樣10 g，放入由攬拌器、溫度計、冷凝管、恒壓漏斗的四口瓶中，同時加入30 mL二氯乙烷，在溫度為45℃的恒定溫度下加入質量為4 g的發煙硫酸，反應30 min后加入30%NaOH對溶液進行中和，直到pH=7~8之間。對得到的反應物進行提純、萃取，最后得到LAS的淺褐色粉末。
通過紅外光譜儀對石油磺酸鹽進行分析，得到如圖1所示的光譜圖。
通過圖1LAS紅外光譜分析，出現-OH、-CH3、=C-H等多個吸收峰，從而可以說明實驗制備的LAS具有多個不同的芳香環數及烷香結構所組成的混合物。
2.2ɑ-烯基磺酸鹽合成
選取發煙硫酸中的SO3氣體經過濾后進入磺化器中，與計量泵中的C22~24ɑ-烯烴發生劇烈反應，反應中產生熱量則通過夾套冷卻水進行冷卻，產生產物與SO3氣體進入到氣體和液體分離器之中，最后通過氫氧化鈉溶液進行中和，并在合格后進行水解，從而得到AOS。
2.3合成物物化性能
選取包括表面張力（cmc）、臨界膠束濃度（cmc）、界面飽和吸附率(max)、C20、表面壓（πcmc）、Gibbs吸附能等指標對活性劑進行表征分析。
2.3.1石油磺酸鹽物化性能
通過相關研究認為，石油磺酸鹽在降低原油-水面張力方面具有優良特性，被廣泛的應用在石油驅油中。研究認為以原油餾分與康醛抽出油因為原材料成分不同，其表面張力也不同，具體如圖2所示。
圖2石油磺酸鹽表面張力比較
通過圖2比較發現，采用康醛抽出油作為原材料制備的石油磺酸鹽表面張力要大于以原油餾分為材料的石油磺酸鹽。同時制備的兩種不同石油磺酸鹽表面張力比較高，這可能與磺酸鹽中的多環芳烴成分有關。
2.3.2-烯基磺酸鹽物化性能
通過對制備的-烯基磺酸鹽光譜分析，得到如圖3所示的物化結果。
圖3不同疏水鏈長度下的ɑ-烯基磺酸鹽表面張力比較
通過圖3看出，疏水鏈長度越大，疏水性越強，cmc濃度越小。
3活性劑對油田污水回注效率影響
活性劑通常通過降低油水界面張力、乳化攜帶和改變原油流變性等提高回注效率，因此本文則選取油水乳化能力、活性劑驅油性能作為評價指標。
3.1乳化力測定
為提高測定精度，對合成磺酸鹽乳化力的測定采用單因素實驗法，考慮在不同攪拌時間、速度、油水體積下LAS和AOS的Klett值。
（1）攪拌時間t對Klett值的影響
設定LAS和AOS的VW:VO=4:1，轉速為300 r/min，從而得到如圖4所示結果。
通過圖4看出，當攪拌時間在=20 min時，LAS和AOS的Klett值相差最大。
（2）不同速度下的Klett值
固定VW:VO=4:1和攪拌時間=20 min，得到不同攪拌速度下的Klett值，具體如圖5所示。
通過圖5得到當攪拌速度在300 r/min時，LAS和AOS之間的LAS和AOS區分最大，故選擇轉速為300 r/min。
（3）不同油水體積比下的Klett值
固定轉速300 r/min和=20 min,得到不同油水體積下的Klett值，具體如圖6所示。
結合乳化指數的評價測定，得到如表2所示的評價結果。
通過表2看出，隨著疏水鏈長度的不斷增加，活性劑的乳化能力越來越大，C14AOS
3.2活性劑洗油率
洗油率用于表示活性劑將原油從地層巖石進行剝離的多少，是反應活性劑驅油的重要指標。通過合成活性劑的洗油率分析可得到如表3結果。
3.3活性劑性能與驅油效率相關性分析
通過數據統計看出，AOS表面張力與乳化指數的關系則如圖7所示。
圖7不同AOS與表面張力關系
通過圖7看出，當AOS中的疏水鏈長度逐步增加的同時，其乳化指數也逐步增加。同時結合表3的結果，其洗油率也隨著疏水鏈長度的變大也在不斷的增加。
4結論
通過研究可得到如下結論：
（1）對石油磺酸鹽物來講，因原材料不同，導致得到的兩種不同的石油磺酸鹽物乳化指數與洗油率不同，但以康醛抽出油為原料的乳化指數和洗油率要大于通過延長油田分餾后的油樣標本，這與康醛抽出油中含有的較多多芳烴有很大關系；
（2）-烯基磺酸鹽物活性劑性能與除油率、乳化指數呈現出正相關關系，主要原因在于疏水鏈長度長度增加，導致其界面張力增加，從而可有效的分離石油與水，更好的提取油井中的原油。