石油磺酸盐表面活性剂临界胶束浓度的测定

油田污水对磺酸盐表面活性剂临界胶束浓度的影响

周 华，方新湘，聂春梅，白 云

（克拉玛依石化有限责任公司炼油化工研究院， 新疆 克拉玛依，834000）

摘 要：针对油田开采中后期大量污水产生，油气成藏环境变差导致驱油率降低的现状，在实验室以表

面张力法测定磺酸盐表面活性剂临界胶束浓度，根据CMC形成机理，考查了磺酸盐表面活性剂临界胶束形成前后，对应表面张力测定值的变化，通过油田污水对磺酸盐表面活性剂临界胶束浓度的影响实验及结果讨论，得到一些规律，为磺酸盐表面活性剂在复合驱技术中的更好应用提供理论依据。

关键词：油田污水；表面活性剂；临界胶束浓度

随着开采中后期原油产量的递减，地面水侵作用导致油田进入高含水期，产生大量污水，为保护环境实现污水的循环利用，采出的油田污水经处理后，会再次回注地下油藏用于驱替原油。另一方面，油气成藏环境变差导致剩余油被圈闭在岩石孔隙中，形成不连续的油块，

[1]

在油珠的粘滞力和毛细管力作用下，仍约有50%以上的地层原油未采出。

磺酸盐表面活性剂是以石油及其馏份为原料，用磺化剂磺化，再用碱中和而制成的一种阴离子表面活性剂，与其他类型的表面活性剂相比，因其原料来自石油馏分，与原油相似相溶，可剥蚀水流通道中吸附在岩石颗粒表面的残余油，并扩散到油水界面膜内，解除水锁，

[2]

减少水流通道的流动阻力，降低油水界面张力，将滞留地层的残余油\强洗\出来。

1 临界胶束浓度

临界胶束浓度（CMC）是表面活性剂产品的性能评价指标之一，主要用于表面活性剂筛选和多种表面活性剂复配后协同效应的评价。

当表面活性剂浓度达到饱和时，其分子不能继续在界面吸附富集，在分子的两亲结构作用下，疏水基竭力使其分子逃离水环境，从而在溶液内部自聚成内核，亲水基则朝外与水接触，伸向水中，这两种倾向平衡的结果，使表面活性剂形成简单的胶团，开始形成胶团时表面活性剂的浓度，即为临界胶束浓度，简称CMC。在临界胶束浓度，溶液的表面张力降至最

[3，4]

低值，此时再提高表面活性剂浓度，溶液表面张力值也不会下降。

2 实验部分

2.1 试剂与仪器

试剂：磺酸盐表面活性剂，油田污水，纯水（蒸馏水） 仪器：DCAT表面张力仪（北京东方德菲仪器有限公司），赛多利斯BS224S电子天平（上海仪展衡器有限公司），KDM型调温电热套（山东省鄄城永兴仪器厂）。 2.2 仪器准确性测定

样品测试前需对表面张力仪准确性进行标定，以确保实验数据的准确。在293 K下水的

-3-1

表面张力为72.75×10 mN·m，测定纯水的表面张力与标准值比对，实验数据见表1。

表1 仪器准确度测定

数据源 实测值 标准值

表面张力/（mN·m）

72.352 72.75

-1

温度/℃ 25 25

由表1可见，DCAT表面张力仪测定表面张力精度较高，扣除纯水的精制深度、系统误差

和偶然误差等影响，该仪器满足实验要求。 2.3 实验参数确定

采用表面张力法测定表面活性剂临界胶束浓度（CMC）时，为保证实验数据的准确性，需根据表面活性剂的性能确定测定参数，否则实验数据可能产生严重误差，误导表面活性剂的研发。

复合驱用表面活性剂属单一体的阴离子磺酸盐类表面活性剂，表面张力的大小与温度和界面两相物质的性质有关。油田污水采出温度为40～60℃，处理后为常温，分别测定2个样品在25～50℃温度下的CMC值，以考查温度对CMC值的影响，结果见表2。

表2 同不温度下的CMC值

温度/℃ 25 30 35 40 50

CMC/（mg·L） 1 6.49 6.52 6.55 6.58 6.61

2 21.47 21.50 21.55 21.62 21.68

-1

由表2可见，随着温度的上升，样品CMC值呈微弱的上升趋势。这可能是温度的升高

[2]

会破坏疏水基周围的水结构，影响胶束的聚集形成，使胶束的稳定性减小，CMC值上升。

实验用磺酸盐表面活性剂6个样品活性物含量22%～38%，测定时配制成100 ug/g水溶液。最终确定测定第一点浓度：0 ug/g，测定终点浓度：25 ug/g，测定次数：30次，数学方法：线性，搅拌速度：1 mm/s，表面张力系统警戒值：8 mg ，浸入深度最大值：3 mm，实验温度：25 ℃。

3 结果与讨论

3.1 CMC值测定

按磺酸盐活性物含量计算样品用量，准确称取样品于洗净干燥的烧杯中，加入纯水恒温搅拌溶解样品后，用容量瓶定容至浓度100 ug/g。测定时，DCAT表面张力仪自动精确滴加成一定浓度梯度的溶液，并按从高到低顺序测定。

依据DCAT表面张力仪中表面张力白金板法程序设定进行测定，测定第一点为不加表面活性剂时表面张力（即纯水的表面张力），以此判断仪器系统试验是否受到污染和实验数据的准确性。

每个样品测定CMC两次，实验数据误差满足实验精度要求既认定数据准确，取平均值为最终测定结果，以表面张力对表面活性剂的对数作图，曲线转折点相对应的浓度即为CMC，6个样品测定结果见图1。(横坐标:浓度/(mg·L-1) 纵坐标：表面张力/(mN·m-1)

图1 纯水配制石油磺酸盐表活剂CMC曲线

由样品纯水体系CMC测定结果可知，CMC在6～22 mg/L之间，测定磺酸盐表性剂6个样品中1#最小CMC为6.47 mg/L，5#最大CMC为21.45 mg/L 。 3.2 水质对CMC值测定的影响

实验用油田污水，来源于克拉玛依油田69泵站，污水中主要含有原油、固体悬浮物、细菌以及大量的无机盐，主要理化指标分析见表3：

表3 油田污水理化指标

含油量

-1

矿化度

-1

pH值 SRB

-12

COD/

-1

表面张力(mN·m)

-1

/（mg.L） /（mg.L） 1 200

4 300.64

8.62

/（个·mL） （mg·L）

10

350

54.39

用离心除油后的油田污水，配制相同浓度磺酸盐表活剂样品6个，仪器自动按从高到低

顺序测定CMC值，与纯水配制样品CMC结果对比见图2。

2220181614121086420123456CMC（mg/L）纯水污水磺酸盐表面活性剂

图2 石油磺酸盐表活剂CMC对比图

测定结果显示，所有油田污水的CMC均小于纯水CMC，二者CMC相差3～10 mg/L，平均相差7.304 8mg/L。分析原因是地下采出的污水属于矿化度很高的“盐水”。当表面活性剂中的无机盐浓度的增加，会影响表面活性剂离子胶束的扩散双电层结构，使双电层平均厚度

[5]

变薄，更容易吸附于表面，导致溶液的CMC下降，表面活性得到提高。

4 结论

磺酸盐表面活性剂的CMC测定结果显示，采用油田污水配制磺酸盐表面活性剂，其CMC值会下降，表面活性得到提高。

复合驱技术现场应用条件苛刻，单一表面活性剂效果欠佳，需要多剂协同复配，采用表面张力法测定磺酸盐表面活性剂CMC，可快速确定复配时表面活性剂的浓度，提高评选超低界面张力的表面活性剂的实验效率，为磺酸盐表面活性剂在复合驱技术中的更好应用提供理论依。 参考文献：

[1] 李建江.表面活性剂辅助稠油开采新技术[J].新疆石油科技1999,9（4）：21-24.

[2] 史俊.克拉玛依炼厂石油磺酸盐组成分析及表面活性研究[J].石油与天然气化工2000,29（5）：

247-249.

[3] 赵喆，王齐放. 表面活性剂临界胶束浓度测定方法的研究进展[J]．实用药物与临床，2010（2）：141-143.

[4] 曲景奎.表面活性剂驱油体系中效率与效能定义的应用[J].化工科技2004,12（1）：1-4. [5] 任永忠，陈素宁.油田外排污水处理技术及研究进展[J].安全与环境工程2011,3（1）：45-50. 收稿日期：2017-03-24

作者简介：周华，女，工程师，2002年毕业于华东石油学院石油加工专业，现从事炼油化工和石油微生物研究工作。

Effect of Oilfield Sewage on Critical Micelle Concentration

of Sulfonate Surfactant

Zhou hua Fang xinxiang Nie chunmei Bai yun

（Petroleum refining and Chemical Research Institute of Karamay Petrochemical Co.

Ltd. Karamay Xinjiang 834000） Abstract：In this paper, the critical micelle concentration of surfactant was measured

by surface tension method. And the influence of oilfield sewage on the critical micelle concentration of sulfonate surfactant was studied. Besides, experiments were carried out to obtain some regularity, which provides a theoretical basis for the better application of sulfonate surfactant in compound flooding technology. Key word: Oilfield sewage；Surfactant；Critical micelle concentration

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5ab6.html