α-烯烃磺酸钠应用研究

摘要：α-烯烃磺酸钠作为常见的表面活性剂、高温起泡剂在冷家油田气体助排措施中被使用，本文通过模拟实验对比现有施工方式与α-烯烃磺酸钠、气体同时注入优劣性，并测定不同浓度下α-烯烃磺酸钠溶液的起泡泡高和半衰期。实验结果表明： α-烯烃磺酸钠与气体同时注入产生的泡沫稳定性更好;稀释后的α-烯烃磺酸钠溶液更容易产生泡沫;泡沫泡高和半衰期随着浓度升高而增加;现使用的α-烯烃磺酸钠最优浓度为20%。

关键字：α-烯烃磺酸钠;注入方式;药剂浓度;泡沫稳定性。

1前言

1.1α-烯烃磺酸钠简介

α-烯烃磺酸钠是一种常见的阴离子型表面活性剂，具有良好的润湿性、可乳化性，水溶性好、配伍性好、生物降解性好 [1]，同时该药剂在高温起泡情况下具有很好的稳定性。

1.2α-烯烃磺酸钠在冷家油田使用情况

α-烯烃磺酸钠作为高温起泡剂在冷家油田已使用多年，主要应用在稠油注汽前的气体助排措施中，配合后期注入的非烃类气体及水蒸气发泡，封堵油井地层近井地带的大孔道，扩大非烃类气体及蒸气的波及体积，产生的泡沫还具有遇油消泡的特性，不会影响后期原油在地层的中的运移。同时作为一种表面活性剂，其本身具有较好的乳化性，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-烯烃磺酸钠是厂家出产的原液。本文通过室内实验研究：1.α-烯烃磺酸钠与气体同时注入相比于现有施工模式的优劣性。2.α-烯烃磺酸钠在稀释后使用与现在使用原液的优劣性。

2发泡实验

2.1泡沫的形态结构变化过程实验

2.1.1实验方案

取1gα-烯烃磺酸钠倒入烧杯，加入清水至200g，配成质量分数0.5%的溶液，倒入吴茵氏搅拌器搅拌1min，将泡沫倒入量筒中，记录泡沫自然消泡的过程。

2.1.2实验结论

泡沫存在两种形态，一种为球形泡沫，另一种为多面体泡沫。

球形泡沫气泡相互之间被液体隔开较远，气泡在液体中一个接一个地分布，气泡间的液体由于重力作用产生排液，所含液体量逐渐减少，因此排液程度取决于液体的粘度，同时气体从小气泡向大气泡扩散也会影响其稳定性。当气泡超过最致密球形分布时，就变成多面体泡沫。

多面体泡沫是气泡聚集体彼此失去了它们的独立性，构成了一种大小不一的群体，气泡间通道构成了一种由所谓节点连接的有联系的网络。由于大小气泡中气体存在压差，气体从小气泡向大气泡扩散，小气泡被大气泡兼并，大气泡越来越大，直至泡沫趋于破裂[2]。

2.2起泡剂注入方式对比模拟实验

2.2.1实验方案

实验设置两组充气发泡实验：

第一组实验模拟现行注入方式发泡情况。称取100gα-烯烃磺酸钠倒入塑料桶内，胶皮管一端连气泵，一端伸入桶内药剂中，充气发泡。

第二组实验模拟药剂与气体同时注入时的发泡情况。称取100gα-烯烃磺酸钠，抽入到注射器中，将注射器通过三通与气泵注气的胶皮管连接到一起，在气泵充气的同时，用注射器注入药剂，使药剂与气体在管线内混合，注入到塑料桶内产生泡沫。

两组实验同时进行，注气2min后，观察记录两组实验产生泡沫形态，记下停气后泡沫高度的刻度值，为泡沫的初始高度，然后开始计时，当泡沫液面降低至最高处刻度值一半的时候停止计时，此时记下时间，为泡沫的体积半衰期。

2.2.2实验现象

两组实验充入气体后，第一组起泡速度明显快于第二组，产生泡沫高度高于第二组，但第一组多为多面体型大气泡，有一部分泡沫在发泡过程中就已经破裂，且气泡分布不均匀，塑料桶内有未被气泡充填的空白地方。

第二组实验中，随气体注入到塑料桶的药剂产生的泡沫多为球形泡沫且泡沫均匀填充塑料桶内的空间。充气结束后观察桶内残余药剂，第一组实验残余药剂明显多于第二组。观察两组实验泡沫消减速度，第一组实验泡沫消减速度明显快于第二组，泡沫体积半衰期较短。

2.2.3实验结论

在泡沫稳定性评价实验中，泡沫半衰期越大表示起泡剂的稳定性越好，通过两组实验对比可看出，相比现在的起泡剂与气体分开的注入方式，起泡剂与气体同时注入的方式产生的泡沫稳定性更好，同时两组实验相对比，后者起泡剂成泡率高于前者。

2.3起泡剂使用浓度优选实验

2.3.1实验方案

配置100g不同浓度α-烯烃磺酸钠溶液（配置浓度：100%、50%、40%、30%、20%、10%、8%、6%、4%、2%），使用药剂与气体同时注入的方式，将药剂随气体注入到塑料桶内，使药剂形成泡沫，充气时间2min，记下停气后泡沫高度的刻度值，为泡沫的初始高度，开始计时，当泡沫液面降低至最高处刻度值一半的时候停止计时，此时记下时间，为泡沫的体积半衰期。

2.3.2实验结果

2.3.2.1不同浓度下发泡高度变化分析

在实验中，相对于药剂原液，50%浓度药剂发泡高度更高，说明药剂在稀释后更容易发泡，因为药剂稀释后表面张力降低，而泡沫产生的过程是一个液体总面积增加、体系总表面能增大的过程，从原则上说，溶液的表面张力越低，产生同样泡沫所需做的功就越少，溶液越容易起泡。

从试验中看出随着药剂浓度升高，药剂发泡高度变高，在浓度从10%升到20%时泡沫高度升高的速率变大，浓度达到20%之后，随着浓度增加产生泡沫的高度升高速率变缓。

2.3.2.2不同浓度下半衰期变化分析

在实验中，随着药剂浓度增加，产生泡沫的半衰期增加，在药剂10%浓度以下是泡沫的半衰期较短，药剂濃度升到20%后半衰期时间增加的速度变缓，随着浓度增加泡沫半衰期变化不大。

3结论

（1）通过实验对比，相比于现行施工方式，α-烯烃磺酸钠与气体同时注入产生的泡沫稳定性更好，α-烯烃磺酸钠成泡率更高。

（2）稀释后的α-烯烃磺酸钠溶液，随着表面张力的降低，更容易产生泡沫。

（3）产生的泡沫泡高和半衰期随着药剂浓度升高而增加。

（4）通过实验测量所得数据，20%浓度的α-烯烃磺酸钠溶液产泡量相比于原液仅降低28%，同时在20%浓度α-烯烃磺酸钠溶液产生泡沫半衰期趋于稳定，考虑到经济因素和性价比20%浓度是现用α-烯烃磺酸钠最优浓度。

参考文献：

[1] 黄恩慧.α-烯烃磺酸盐（ AOS） 的性质及生产现状分析[J].精细与专用化学品，2006，14（ 5）：25- 29.

[2] 孙其诚，黄晋.液态泡沫结构及其稳定性[J].物理，2006，（12）：15-18.

作者简介：

项鹏心，男，1990年3月出生辽宁阜新，汉族，工程师，2012年毕业于中国石油大学（华东），现于中国石油辽河油田冷家油田开发公司工艺研究所从事工艺措施管理工作。