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離子組成、pH值對(duì)納米SiO2/SDS體系降低油水界面張力的影響（一）
來源：油田化學(xué) 瀏覽 429 次 發(fā)布時(shí)間:2025-08-28
納米SiO2顆粒具有尺寸小、比表面積大、價(jià)格低、來源廣等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、光學(xué)、材料等諸多領(lǐng)域。近年來，大量研究利用納米SiO2和表面活性劑的協(xié)同作用來提高原油采收率，其主要機(jī)理包括：增強(qiáng)泡沫或乳狀液的穩(wěn)定性、提高表面活性劑降低油水界面張力的能力、改變巖石潤(rùn)濕性等。根據(jù)膠體化學(xué)理論，溶膠中電解質(zhì)的存在會(huì)減小膠粒的帶電量而使其失穩(wěn)聚沉，因此保持納米SiO2的穩(wěn)定性是其在EOR應(yīng)用中的關(guān)鍵問題。前人在研究納米SiO2在EOR中的應(yīng)用時(shí)主要使用去離子水和NaCl鹽水配制分散體系。然而地層中存在大量Ca2+、Mg2+，這些陽(yáng)離子對(duì)納米SiO2/表面活性劑分散體系的穩(wěn)定性可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。
本文以SDS和納米SiO2為研究對(duì)象，分別用NaCl鹽水和模擬地層水配制了納米SiO2/SDS分散體系，研究了離子組成和納米SiO2的含量對(duì)體系穩(wěn)定性的影響。由于SiO2顆粒表面上存在含氧官能團(tuán)，體系的pH會(huì)顯著影響納米SiO2顆粒所帶電荷從而影響其穩(wěn)定性，因此本文還著重探討了通過調(diào)節(jié)pH值來提高鹽水中體系穩(wěn)定性的可行性。降低油水界面張力是表面活性劑驅(qū)提高采收率的主要機(jī)理，納米SiO2/表面活性劑體系對(duì)界面張力的影響雖已有相關(guān)研究，但離子組成和pH值對(duì)納米SiO2/表面活性劑體系降低界面張力的影響鮮有報(bào)道。在穩(wěn)定性研究的基礎(chǔ)上分析了離子組成，納米SiO2的含量及pH值對(duì)納米SiO2/SDS體系界面活性的影響，將體系的穩(wěn)定性和界面活性結(jié)合起來研究。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1材料與儀器
納米SiO2（LUDOX HS-30膠體SiO2，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%、平均粒徑13 nm、pH=9.8、西格瑪奧德里奇（上海）貿(mào)易有限公司）；SDS、鹽酸，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。NaCl鹽水，礦化度為10000 mg/L，Na+和Cl-的質(zhì)量濃度分別為3932.0 mg/L和6068.0 mg/L，模擬地層水，礦化度為10000 mg/L，Na+、Ca2+、Mg2+和Cl-的質(zhì)量濃度分別為3585.3、202.2、80.9和6131.6 mg/L；勝利油田某區(qū)塊地面脫氣原油，60℃下的黏度和密度分別為543 mPa·s和0.97 g/cm3。
Omni型Zeta電位分析儀，美國(guó)布魯克海文儀器公司；TX-500C旋轉(zhuǎn)滴界面張力測(cè)量?jī)x，美國(guó)科諾工業(yè)有限公司；WGZ系列濁度計(jì)，上海欣瑞有限公司；PHS-3E型pH計(jì)，上海儀電科學(xué)儀器有限公司。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1納米SiO2/SDS分散體系穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)
（1）沉降法
在NaCl鹽水、模擬地層水中分別加入一定量的SDS，磁力攪拌器攪拌30 min后加入一定量的納米SiO2，繼續(xù)攪拌30 min移入樣品瓶，然后置于60℃的恒溫箱中，觀察體系在15 d內(nèi)的沉淀情況。除特殊說明外，分散體系中SDS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，納米SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.2%、0.5%、1.0%和1.5%。
（2）濁度的測(cè)定
利用濁度計(jì)測(cè)定納米SiO2/SDS體系在60℃下靜置不同時(shí)間后的濁度，分析體系的濁度隨時(shí)間的變化情況，從而考察體系的穩(wěn)定性。測(cè)量前使用濁度標(biāo)準(zhǔn)液校準(zhǔn)儀器，并在測(cè)量期間定期檢查校準(zhǔn)。
（3）Zeta電位的測(cè)定
利用Zeta電位分析儀測(cè)定納米SiO2/SDS體系的Zeta電位。在每次測(cè)量Zeta電位之前，用酒精和去離子水仔細(xì)沖洗電極和樣品池。為了確保測(cè)定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，測(cè)定重復(fù)3次取平均值。
1.2.2油水界面張力的測(cè)定
利用旋轉(zhuǎn)滴界面張力測(cè)量?jī)x在溫度60℃、轉(zhuǎn)速6000 r/min下測(cè)定納米SiO2/SDS體系和原油之間的界面張力，分析納米SiO2的加入對(duì)SDS降低油水界面張力的影響，其中油水密度差為0.03 g/cm3，分散體系配制好后立即進(jìn)行測(cè)定。