α-烯烴磺酸鈉應用研究

摘要：α-烯烴磺酸鈉作為常見的表面活性劑、高溫起泡劑在冷家油田氣體助排措施中被使用，本文通過模擬實驗對比現有施工方式與α-烯烴磺酸鈉、氣體同時注入優劣性，并測定不同濃度下α-烯烴磺酸鈉溶液的起泡泡高和半衰期。實驗結果表明： α-烯烴磺酸鈉與氣體同時注入產生的泡沫穩定性更好;稀釋后的α-烯烴磺酸鈉溶液更容易產生泡沫;泡沫泡高和半衰期隨著濃度升高而增加;現使用的α-烯烴磺酸鈉最優濃度為20%。

關鍵字：α-烯烴磺酸鈉;注入方式;藥劑濃度;泡沫穩定性。

1前言

1.1α-烯烴磺酸鈉簡介

α-烯烴磺酸鈉是一種常見的陰離子型表面活性劑，具有良好的潤濕性、可乳化性，水溶性好、配伍性好、生物降解性好 [1]，同時該藥劑在高溫起泡情況下具有很好的穩定性。

1.2α-烯烴磺酸鈉在冷家油田使用情況

α-烯烴磺酸鈉作為高溫起泡劑在冷家油田已使用多年，主要應用在稠油注汽前的氣體助排措施中，配合后期注入的非烴類氣體及水蒸氣發泡，封堵油井地層近井地帶的大孔道，擴大非烴類氣體及蒸氣的波及體積，產生的泡沫還具有遇油消泡的特性，不會影響后期原油在地層的中的運移。同時作為一種表面活性劑，其本身具有較好的乳化性，注入到油井后可提高油井的返排能力。

1.3研究方向

目前在措施中使用的α-烯烴磺酸鈉是廠家出產的原液。本文通過室內實驗研究：1.α-烯烴磺酸鈉與氣體同時注入相比于現有施工模式的優劣性。2.α-烯烴磺酸鈉在稀釋后使用與現在使用原液的優劣性。

2發泡實驗

2.1泡沫的形態結構變化過程實驗

2.1.1實驗方案

取1gα-烯烴磺酸鈉倒入燒杯，加入清水至200g，配成質量分數0.5%的溶液，倒入吳茵氏攪拌器攪拌1min，將泡沫倒入量筒中，記錄泡沫自然消泡的過程。

2.1.2實驗結論

泡沫存在兩種形態，一種為球形泡沫，另一種為多面體泡沫。

球形泡沫氣泡相互之間被液體隔開較遠，氣泡在液體中一個接一個地分布，氣泡間的液體由于重力作用產生排液，所含液體量逐漸減少，因此排液程度取決于液體的粘度，同時氣體從小氣泡向大氣泡擴散也會影響其穩定性。當氣泡超過最致密球形分布時，就變成多面體泡沫。

多面體泡沫是氣泡聚集體彼此失去了它們的獨立性，構成了一種大小不一的群體，氣泡間通道構成了一種由所謂節點連接的有聯系的網絡。由于大小氣泡中氣體存在壓差，氣體從小氣泡向大氣泡擴散，小氣泡被大氣泡兼并，大氣泡越來越大，直至泡沫趨于破裂[2]。

2.2起泡劑注入方式對比模擬實驗

2.2.1實驗方案

實驗設置兩組充氣發泡實驗：

第一組實驗模擬現行注入方式發泡情況。稱取100gα-烯烴磺酸鈉倒入塑料桶內，膠皮管一端連氣泵，一端伸入桶內藥劑中，充氣發泡。

第二組實驗模擬藥劑與氣體同時注入時的發泡情況。稱取100gα-烯烴磺酸鈉，抽入到注射器中，將注射器通過三通與氣泵注氣的膠皮管連接到一起，在氣泵充氣的同時，用注射器注入藥劑，使藥劑與氣體在管線內混合，注入到塑料桶內產生泡沫。

兩組實驗同時進行，注氣2min后，觀察記錄兩組實驗產生泡沫形態，記下停氣后泡沫高度的刻度值，為泡沫的初始高度，然后開始計時，當泡沫液面降低至最高處刻度值一半的時候停止計時，此時記下時間，為泡沫的體積半衰期。

2.2.2實驗現象

兩組實驗充入氣體后，第一組起泡速度明顯快于第二組，產生泡沫高度高于第二組，但第一組多為多面體型大氣泡，有一部分泡沫在發泡過程中就已經破裂，且氣泡分布不均勻，塑料桶內有未被氣泡充填的空白地方。

第二組實驗中，隨氣體注入到塑料桶的藥劑產生的泡沫多為球形泡沫且泡沫均勻填充塑料桶內的空間。充氣結束后觀察桶內殘余藥劑，第一組實驗殘余藥劑明顯多于第二組。觀察兩組實驗泡沫消減速度，第一組實驗泡沫消減速度明顯快于第二組，泡沫體積半衰期較短。

2.2.3實驗結論

在泡沫穩定性評價實驗中，泡沫半衰期越大表示起泡劑的穩定性越好，通過兩組實驗對比可看出，相比現在的起泡劑與氣體分開的注入方式，起泡劑與氣體同時注入的方式產生的泡沫穩定性更好，同時兩組實驗相對比，后者起泡劑成泡率高于前者。

2.3起泡劑使用濃度優選實驗

2.3.1實驗方案

配置100g不同濃度α-烯烴磺酸鈉溶液（配置濃度：100%、50%、40%、30%、20%、10%、8%、6%、4%、2%），使用藥劑與氣體同時注入的方式，將藥劑隨氣體注入到塑料桶內，使藥劑形成泡沫，充氣時間2min，記下停氣后泡沫高度的刻度值，為泡沫的初始高度，開始計時，當泡沫液面降低至最高處刻度值一半的時候停止計時，此時記下時間，為泡沫的體積半衰期。

2.3.2實驗結果

2.3.2.1不同濃度下發泡高度變化分析

在實驗中，相對于藥劑原液，50%濃度藥劑發泡高度更高，說明藥劑在稀釋后更容易發泡，因為藥劑稀釋后表面張力降低，而泡沫產生的過程是一個液體總面積增加、體系總表面能增大的過程，從原則上說，溶液的表面張力越低，產生同樣泡沫所需做的功就越少，溶液越容易起泡。

從試驗中看出隨著藥劑濃度升高，藥劑發泡高度變高，在濃度從10%升到20%時泡沫高度升高的速率變大，濃度達到20%之后，隨著濃度增加產生泡沫的高度升高速率變緩。

2.3.2.2不同濃度下半衰期變化分析

在實驗中，隨著藥劑濃度增加，產生泡沫的半衰期增加，在藥劑10%濃度以下是泡沫的半衰期較短，藥劑濃度升到20%后半衰期時間增加的速度變緩，隨著濃度增加泡沫半衰期變化不大。

3結論

（1）通過實驗對比，相比于現行施工方式，α-烯烴磺酸鈉與氣體同時注入產生的泡沫穩定性更好，α-烯烴磺酸鈉成泡率更高。

（2）稀釋后的α-烯烴磺酸鈉溶液，隨著表面張力的降低，更容易產生泡沫。

（3）產生的泡沫泡高和半衰期隨著藥劑濃度升高而增加。

（4）通過實驗測量所得數據，20%濃度的α-烯烴磺酸鈉溶液產泡量相比于原液僅降低28%，同時在20%濃度α-烯烴磺酸鈉溶液產生泡沫半衰期趨于穩定，考慮到經濟因素和性價比20%濃度是現用α-烯烴磺酸鈉最優濃度。

參考文獻：

[1] 黃恩慧.α-烯烴磺酸鹽（ AOS） 的性質及生產現狀分析[J].精細與專用化學品，2006，14（ 5）：25- 29.

[2] 孫其誠，黃晉.液態泡沫結構及其穩定性[J].物理，2006，（12）：15-18.

作者簡介：

項鵬心，男，1990年3月出生遼寧阜新，漢族，工程師，2012年畢業于中國石油大學（華東），現于中國石油遼河油田冷家油田開發公司工藝研究所從事工藝措施管理工作。