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纳米SiO2/表面活性剂对油水界面张力的影响*

更新时间:2009-03-28

纳米材料具有尺寸小、比表面积大、表面能高等特点,广泛应用于诸多领域且具有广阔的前景[1]。近年来,纳米技术在油田开采中的应用研究也逐渐展开[2],将纳米技术引入油田化学领域,与现有的技术相结合,发挥纳米技术的优势有助于弥补常规化学驱开采手段的不足,如成本昂贵、不适应复杂环境、储层损害等。

将纳米粒子添加至水、聚合物、表面活性剂等流体中制备的纳米液体系已经成为一种新兴的提高采收率技术,如纳米乳液提高低渗透油藏的采收率[3]、纳米粒子/表面活性剂协同提高泡沫稳定性[4-5]、纳米粒子/聚合物体系提高耐温耐盐性与增黏性[6]。在化学驱中,用表面活性剂驱油时,溶液中的表面活性剂能够吸附在油水界面,形成紧密的吸附层,从而降低界面张力。界面张力越低,地层孔隙中的残余油越容易被驱替出来,此外,界面张力的下降有利于体系乳状液的稳定。因此,研究纳米颗粒/表面活性剂对油水界面张力的影响具有重要的意义。

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纳米SiO2是一种无毒无污染的材料,价格低、来源广,应用于油田驱油方面比其他纳米粒子更具有优势[7]。目前,纳米SiO2/表面活性剂对油水界面张力的影响已有相关报道,但并不多见。基于此,笔者以表面活性剂作为分散体系,研究了纳米SiO2与阴离子、阳离子、非离子表面活性剂复配体系和油水界面张力的关系,旨在为相关工作者提供一些参考。

1 试验部分

1.1 试验材料与仪器

试验材料:十二烷基硫酸钠SDS,阴离子型表面活性剂;十六烷基三甲基溴化铵CTMAB,阳离子型表面活性剂;OP-10,非离子表面活性剂;部分疏水化纳米SiO2,平均粒径30 nm,商业品。试验用水:蒸馏水、NaCl溶液。试验用油:液体石蜡,相对密度0.835~0.855。

地层中的矿化度水盐含量不仅是制约表面活性剂在油田应用的主要因素,同时也对纳米粒子在油田的应用造成了较大的影响,将纳米颗粒添加至工作液中常常发生团聚而产生负效应。笔者考察了不同NaCl含量对体系界面张力与分散稳定性的影响。试验考察了NaCl质量浓度对0.002 mol/L的SDS及其与质量分数0.004%的纳米SiO2复配体系界面张力的影响,结果见图3。

1.2 试验方法

溶液的配制:配制各表面活性剂母液备用,其中CTMAB溶液的配制应加入少许正丙醇助溶;对于纳米SiO2/表面活性剂复配体系,将称量好的纳米颗粒倒入表面活性剂溶液中磁力搅拌2 h后,超声波分散30 min。

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界面张力测试:测量油滴长度和高度后由电脑自动计算结果。试验温度为45 ℃±1 ℃,转速为5 000 r/min。

2)在低浓度下,纳米SiO2与SDS和CTMAB协同作用明显,随着表面活性剂浓度升高,无论是否添加纳米SiO2,油水界面张力的改变都不大。当表面活性剂浓度稀释至0.1 mmol/L时,分散稳定性较差。

2 试验结果与讨论

2.1 纳米SiO2/SDS复配体系对油水界面张力的影响

2.1.1 纳米SiO2浓度对复配体系界面张力的影响

Lu等[8]与狄勤丰等[9]在试验中均发现纳米颗粒浓度高会导致岩心堵塞,影响采收率,因此,本研究选取的纳米颗粒质量分数小于0.01%。笔者选取了质量分数0.002%~0.008%的纳米SiO2与0.01 mol/L的SDS进行复配研究,考察纳米SiO2质量分数对复配体系界面张力的影响,结果如图1所示。

  

图1 纳米SiO2/SDS复配体系动态界面张力

由图1可见:相对于单一的SDS,纳米SiO2/SDS体系的油水界面张力更低,纳米SiO2质量分数为0.004%时的效果较好。通过观察纳米SiO2/SDS体系的动态界面张力变化,可发现400 s之前界面张力变化较为迅速,而600 s之后趋于平缓,测定时间至1 600 s时,界面张力数值几乎不变。

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图5为最终平衡界面张力值,试验还考察了在动态界面张力变化过程中盐含量对界面张力的影响。图6为质量分数5 g/L的NaCl溶液中CTMAB与纳米SiO2/CTMAB体系的界面张力随时间变化的情况。

试验中纳米SiO2质量分数为0.004%,考察了SDS浓度对复配体系协同效应的影响,结果见图2。

  

图2 SDS浓度对复配体系界面张力的影响

由图2可见:随着SDS浓度由0.001 mol/L升高至0.01 mol/L,复配体系界面张力下降,协同效应明显,其中浓度0.01 mol/L的SDS与纳米颗粒复配后降低油水界面张力效果更好。分析原因认为,SDS分子与疏水纳米SiO2能够稳定吸附于油水界面,同时在静电斥力作用下促使SDS分子扩散至油水界面,改善界面活性[10-11]。随着SDS浓度进一步增加,协同效应越来越不明显,此时造成界面张力改变的主导因素主要为SDS。试验中还发现,当SDS浓度稀释为0.1 mmol/L时,纳米颗粒分散稳定性差,此时不便测量界面张力。这是由于低浓度时SDS在水中电离后的阴离子基团并未在纳米颗粒表面大量吸附,同时SDS中的Na+进入吸附层降低了纳米颗粒(SiO2颗粒表面为负电)表面的电量,导致ζ电位绝对值下降,稳定性也随之下降。而SDS浓度升高后阴离子基团进入吸附层增加了双电层厚度,也增加了颗粒间的排斥作用,稳定性提高[12]

[9] 狄勤丰, 顾春元, 施利毅,等. 疏水性纳米SiO2增注剂的降压作用机理[J]. 钻采工艺, 2007, 30(4):91-94.

在校学生很多时候存在对本专业具体情况和发展动态了解不透彻、不全面的情况,而医学专业教师对本专业有更深入的了解和认识,一方面可以结合自身经验给予学生有效渡过大学阶段的建议;另一方面可利用自身对制度的了解与认识,如学校关于攻读研究生的条件及相关规定、医院对研究生的培养或人员招聘条件、导师对学生的要求等,从专业选择和就业等角度给予学生更准确、有用的信息,引导学生尽早做好职业生涯规划。

主要试验仪器:TX-500C全量程旋转滴界面张力测量仪;恒温磁力搅拌器;电子天平;超声波分散仪。

  

图3 NaCl对纳米SiO2/SDS复配体系油水界面张力的影响

由图3可见:随着NaCl质量浓度提高,纳米粒子与SDS协同降低油水界面张力数值先增加后下降。结合试验观察到的现象,认为适量的Na+有助于改善油水界面张力,但过量的Na+不仅会改变离子型表面活性剂的亲水亲油性,还会破坏双电层导致纳米粒子聚集,使稳定性下降。

2.2 纳米SiO2/CTMAB体系协同效应

2.2.1 CTMAB浓度对复配体系协同效应的影响

第二,当事人权利保护层面的原因。其一,对原告而言,适用不方便法院原则的成本较大,将导致司法责任的推延、耗费、不稳定性,而且将使原告面临无法院管辖的风险[4]217;其二,对被告而言,最佳的选择是在其住所地法院提起抗辩。如果根据不方便法院原则由其他法院管辖,将使被告无法形成合理的预期[5]125。

阳离子表面活性剂在油田的应用多见于室内研究,如协同降低界面张力、协同增加泡沫性能等。笔者以阳离子表面活性剂CTMAB为研究对象,考察了质量分数0.004%的纳米SiO2与不同浓度CTMAB的协同效应,结果见图4。

  

图4 CTMAB浓度对复配体系界面张力的影响

由图4可见:随着CTMAB浓度升高,纳米SiO2/CTMAB复配体系的油水界面张力降低越来越不明显。纳米SiO2与CTMAB的协同作用导致界面张力下降的原因主要有2点:一是CTMAB分子中的离子基团趋向吸附于带负电荷的纳米SiO2表面,使得纳米粒子的疏水性更强,从而吸附于油水界面;二是纳米粒子表面带正电荷后,在斥力作用下迫使更多的CTMAB分子迁移至油水界面[13]

同样,当CTMAB浓度稀释为0.1 mmol/L时,试验观察到纳米粒子团聚现象严重。这是因为纳米粒子表面负电荷被中和,ζ电位下降,分散稳定性下降;同时吸附于表面的CTMAB分子疏水链之间的缔合作用致使纳米粒子更容易团聚[14]

2.2.2 NaCl对纳米SiO2/CTMAB复配体系界面张力的影响

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试验考察了NaCl质量浓度对0.001 mol/L的SDS及其与质量分数0.004%的纳米SiO2复配体系界面张力的影响,结果见图5。

  

图5 NaCl对纳米SiO2/CTMAB复配体系油水界面张力的影响

由图5可见:改变溶液中的NaCl质量浓度,Na+对纳米SiO2/CTMAB复配体系的影响较大;协同效应一直呈现减弱的趋势,在更高的盐含量下界面张力反而有所升高。

2.1.2 SDS浓度对复配体系协同效应的影响

  

图6 NaCl溶液中CTMAB与纳米SiO2/CTMAB体系的动态界面张力

由图6可见:CTMAB与纳米SiO2/CTMAB体系界面张力在前200 s变化迅速;纳米SiO2/CTMAB复配体系界面张力在120 s时降至最低点,然后界面张力逐渐升高至平衡。

所以l1(t)≥0,对于t≥0,0≤u≤t,Y服从指数分布,则又h(1-α)≤1,显然e-λ(t-u+h(1-α)u)为增函数,因此l2(t)≥0,即

2.3 纳米SiO2/OP-10体系协同效应

采用质量分数0.004%的纳米SiO2与不同浓度OP-10复配,考察OP-10浓度对复配体系界面张力的影响,结果见图7。

  

图7 OP-10浓度对复配体系界面张力的影响

由图7可见:纳米SiO2与非离子表面活性剂OP-10的协同效应并不明显。但试验观察到其分散稳定性远远优于SDS与CTMAB,即使在0~20 g/L的NaCl溶液中,这种稳定性也远高于SDS与CTMAB。这种现象主要归因于OP-10在水溶液中形成对抗聚集的位阻能垒,而仅用DLVO理论不足以解释。有研究表明[15],含EO链的非离子表面活性剂可阻止溶液中的阳离子对带负电荷颗粒的聚集作用,即使采用大量电解质压缩其双电层,分散液的稳定性仍然是极高的。

[1] 秦文龙, 张志强, 侯宝东,等. 纳米技术在提高原油采收率方面的应用新进展[J]. 断块油气田, 2013, 20(1):10-13.

3 结 论

1)质量分数0.002%~0.008%的纳米SiO2与SDS复配后具有良好的协同作用,降低了油水界面张力,界面张力的变化时间集中于400 s之内,大于600 s之后界面张力几乎不再变化。质量分数0.004%的纳米SiO2效果较好。

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此外,观察纳米颗粒稳定分散情况,若有复配体系纳米粒子团聚过快则不必测量界面张力。

3)NaCl质量浓度的改变对SDS与CTMAB界面张力与分散稳定性均有较大影响。纳米SiO2/SDS体系随NaCl质量浓度升高,协同效应先增强后减弱;纳米SiO2/CTMAB体系随NaCl质量浓度升高,协同效应持续减弱且短时间内界面张力变化幅度较大。

4)纳米SiO2/OP-10之间未观察到明显的协同降低油水界面张力的作用,但OP-10能够稳定分散纳米粒子,增加溶液NaCl质量浓度仍然具有较强的稳定性。

参考文献

翻译研究的主题归根结底是语言问题,而“翻译诗学”研究也应在保住翻译研究本体的基础上,兼顾影响文本生成的外围因素,唯有如此,才可以避免“文化转向”后翻译学研究学科地位的丧失。吕俊教授(2004:56)就曾明确指出:“文化研究如果成为翻译研究的主导,那么翻译研究就很自然地会走向终结,翻译研究就会仅作为政治批评与文化批评的佐证而存在,从而使这一学科消融在政治学与文化学之中,并成为它们的附庸。”

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作为一个独立的程序,小额程序在上述国家和地区的共同特点是,该程序与通常的民事诉讼程序具有明显的区分度,目的在于实现司法的平民化、大众化,让市民在不依靠代理人的情况下,仍能参与诉讼程序。实现成本低廉、运用方便、结案快速的正义目标。

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王健,吴一慧,邓虹,金庭浩
《能源化工》 2018年第01期
《能源化工》2018年第01期文献

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