2结果与讨论

2.1单一表面活性剂体系基础性能评价

2.1.1表面张力测定

单一表面活性剂（CH-1，CH-2，CH-3，CH-4，CH-5）体系与模拟地层水或凝析油混合后的表面张力测定结果见图1。

图1单一表面活性剂体系与模拟地层水（a）或凝析油（b）混合后的表面张力

由图1可看出，未经表面活性剂处理的模拟地层水和凝析油的表面张力分别为72.0 mN/m和40.0 mN/m。随着表面活性剂浓度的增加，5种单一表面活性剂体系的表面张力均逐渐减小并趋于平衡。5种体系中，CH-1降低表面张力的能力最强，CH-2次之。CH-1与模拟地层水混合后溶液的表面张力最低仅为21.87 mN/m，与凝析油混合后溶液的表面张力最低仅为24.10 mN/m；CH-2与模拟地层水混合后表面张力最低为24.78 mN/m，与凝析油混合后溶液的表面张力最低为25.34 mN/m。这是因为这两种体系中C—F烃分子间引力大于其他体系中C—H烃分子间引力，使得以C—F烃为疏水基体系的表面张力低于C—H烃；其次，阳离子表面活性剂在水中解离出带电荷的离子，离子间的静电作用较强，使得它们在液相表面的吸附更为紧密，能够更有效地降低表面能，而非离子表面活性剂与水的相互作用主要是通过氢键等弱相互作用，在液相表面形成的吸附层相对较松散，降低表面能的能力低于阳离子型表面活性剂。

2.1.2润湿改性能力测定

单一表面活性剂体系的疏水改性和疏油改性能力见图2。由图2可看出，随着表面活性剂浓度的增加，5种体系对应的接触角均先增大后降低最终趋于平衡；CH-1的润湿改性效果最好，CH-2次之；石英片经CH-1体系处理后，模拟地层水在石英片表面上的接触角由23.0°增至101.8°，凝析油在石英片表面上的接触角由36.0°增至97.2°；石英片经CH-2体系处理后，模拟地层水在石英片表面的最大接触角为97.7°，凝析油在石英片表面的最大接触角为94.5°。这是因为这两种体系中以C—F烃为疏水基的疏水性强于以C—H烃为疏水基的其他体系。当CH-1和CH-2分别通过静电作用和氢键作用吸附在石英片表面时，氟碳链裸露在石英片表面，形成一层疏水疏油膜，使其既能疏水又能疏油。

图2单一表面活性剂体系的疏水改性（a）和疏油改性（b）能力

通过单一表面活性剂体系的基础性能评价，优选出阳离子表面活性剂CH-1和非离子表面活性剂CH-2两种体系，以下工作的复合表面活性剂体系均为这两种表面活性剂复配得到的一种阳-非离子复合表面活性剂。

2.2复合表面活性剂体系基础性能评价

2.2.1电导率测定

电导率法是测定离子型表面活性剂临界胶束浓度（cmc）的一种经典方法，通过电导率随表面活性剂浓度变化曲线的转折点判断cmc的大小。图3为298.15 K时不同表面活性剂体系（阳离子表面活性剂CH-1体系与阳-非离子复合表面活性剂体系）的电导率随浓度的变化。

图3不同表面活性剂体系电导率随浓度变化

由图3可看出，两种表面活性剂的电导率均随浓度的增加呈先迅速增大后缓慢增长的趋势。这是因为表面活性剂浓度低于cmc时，表面活性剂主要以单体形式存在，单体中的离子可在溶液中自由移动，从而增加了溶液的导电能力；当表面活性剂浓度高于cmc时，一部分离子被包裹在胶束内部，使得自由移动的离子数量增加幅度减小，远小于浓度低于cmc时电导率随浓度增加的幅度。阳-非离子复合表面活性剂电导率转折点时的浓度低于CH-1电导率转折点时的浓度。这是因为复配后，离子型表面活性剂的离子头基与非离子表面活性剂的极性头基之间可通过静电引力、离子-偶极等作用相结合。这种相互作用增强了表面活性剂分子在界面上的吸附能力和在溶液中的聚集能力，使得形成胶束所需的浓度降低，即cmc减小。

2.2.2表面张力测定

不同表面活性剂体系（阳离子表面活性剂CH-1，CH-2与阳-非离子复合表面活性剂体系）与模拟地层水或凝析油混合后表面张力见图4。由图4可看出，随着表面活性剂浓度的增加，3种体系对应溶液的表面张力均逐渐减小并趋于平衡。3种体系中，阳-非离子复合表面活性剂体系降低表面张力的能力最强，阳-非离子复合表面活性剂浓度为0.05 mol/L时，与模拟地层水混合后溶液的表面张力仅为18.7 mN/m，与凝析油混合后溶液的表面张力仅为21.23 mN/m。这是由于阳离子表面活性剂与非离子表面活性剂分子间存在协同效应，它们的分子头基间相互嵌入，形成混合聚集体，使得阳离子表面活性剂分子头基间的静电斥力降低，因此阳-非离子复合表面活性剂与单一阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂相比表面活性最强。

图4不同表面活性剂体系与模拟地层水（a）或凝析油（b）混合后表面张力

2.2.3润湿改性能力测定

不同表面活性剂体系（阳离子表面活性剂CH-1，CH-2与阳-非离子复合表面活性剂体系）疏水改性和疏油改性能力见图5。

图5不同表面活性剂体系疏水改性（a）和疏油改性（b）能力

由图5可看出，随着表面活性剂浓度的增加，3种体系对应的接触角均先增大后降低最终趋于平衡；阳-非离子复合表面活性剂体系的润湿改性效果最好，可使模拟地层水在石英片表面上的接触角由23.0°增至108.0°，使凝析油在石英片表面上的接触角由36.0°增至102.0°；石英片经CH-1或CH-2处理后，模拟地层水在石英片表面的最大接触角分别为101.8°或97.7°，凝析油在石英片表面的最大接触角分别为97.2°或94.5°。这是因为阳离子表面活性剂分子与非离子表面活性剂分子间存在复配协同效应。图6为复合表面活性剂体系润湿改性机理示意图。由图6可看出，阳离子表面活性剂分子与非离子表面活性剂分子构成的混合聚集体与砂岩表面羧酸类物质形成离子对的驱动力为静电引力、氢键、范德华力的共同作用力，作用效果远大于单一的静电引力、氢键及范德华力。这些共同作用力使复合表面活性剂在界面上的吸附能力通常比单一表面活性剂更强。阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂可同时或交替地吸附在固体表面，形成更紧密、更稳定的吸附层，这种吸附层可以改变固体表面的性质，使其更疏水疏油。

图6复合体系润湿改性机理示意图