摘要

通过调控原油-岩石界面润湿性进而提高采收率是油田高效开发的重要思路.现有阴离子表面活性剂改变岩石表面润湿性能力有限，研发强化界面润湿调控性能的新型驱油剂具有重要应用意义.本工作合成了一种新型表面活性剂二羟甲基十二烷基苯磺酸钠(SDDBS)，通过红外和核磁进行结构表征.探究了SDDBS在亲油岩石表面的吸附行为、降低油水界面张力能力、对岩石表面润湿性调控能力、油膜剥离能力以及驱油性能.实验结果表明SDDBS可在亲油岩石表面均匀吸附，临界胶束浓度下可将油水界面张力降至2.54 mN/m，亲油玻璃片经0.02%(w)SDDBS溶液处理48 h后，其空气中水滴接触角由100.2°降低至24.5°，水下油滴接触角由19.2°增加至153.9°，证明SDDBS可将亲油/疏水的岩石表面调控为强亲水/水下强疏油状态.采用0.02%(w)SDDBS溶液在60℃下处理原油老化的玻璃片，24 h内油膜剥离面积高达89%，在地层水条件下油膜剥离面积仍可达81%.室内模拟岩心驱油实验结果显示采收率提高10.53%.本工作通过一步法合成一种新型多羟基苯磺酸盐驱油剂，通过引入氢键强化其界面润湿调控能力用于油膜高效剥离，具有较强实际应用潜力.

1引言

石油作为基础关键燃料及化工原材料，是保障国民经济和社会发展至关重要的战略资源.目前我国多数油田虽进入开发中后期，但剩余油资源丰富，增储上产潜力巨大，研发高效驱油剂对于进一步提高石油采收率意义重大.亲水砂岩油藏岩石表面长期被原油浸润，吸附胶质沥青质组分后润湿性转变为亲油，常规水驱后亲油性岩石表面仍然存在残余油膜.根据粘附功公式W=δ[1+cos(θoil)]，通过降低油水界面张力δ或增加油-固接触角θoil，可以降低原油在岩石表面的粘附功，使得吸附的油膜易于剥离。研究表明，油水界面张力低至10-4~10-3 mN/m，油膜剥离效果亦十分有限，通过调控原油-岩石界面润湿性进而提高采收率是油田高效开发的重要思路。

近年来国内外主要采用的油田用润湿反转表面活性剂包括非离子型表面活性剂、离子型表面活性剂及复配体系等。张小琴等研究一种新型非离子双子表面活性剂硬脂酸葡萄糖酯甲苷马来酸双酯，经研究其具有低界面张力(5 mN/m)和良好稳定性，可以显著提升二氧化硅表面疏油性(水下油滴接触角128.17°).Wu等合成了一种三季铵盐型阳离子表面活性剂，将其与阴离子型表面活性剂α-烯烃磺酸盐复配，由于阴离子与阳离子相互吸引，使得界面上分子排列紧密，达到超低界面张力(4.5×10-4 mN/m)，室内岩心驱替实验表明，注入复配体系使得采收率提高了8.35%.实验证明低界面张力有利于提高采收率，但对于主要以油膜形式存在的剩余油，单一追求低界面张力无法达到高效油膜剥离效果.表面活性剂对砂岩及碳酸盐岩油藏润湿性影响主要通过表面清洗及表面覆盖实现。阳离子表面活性剂通过其阳离子部分与吸附在岩石表面的原油酸性组分形成离子对，清洗表面油层同时暴露原亲水表面.阴离子表面活性剂通过其疏水尾部与亲油岩石表面相互作用，阴离子亲水头基覆盖亲油岩石表面使得表面转向水湿，同时增加岩石表面与油膜间静电斥力，提高洗油效率

现有阴离子表面活性剂如石油磺酸盐类具有成本低和界面活性好的优点，但与地层岩石表面吸附较弱，改变岩石润湿性能力有限。采用合理的分子设计增强阴离子表面活性剂在岩石表面的吸附，强化其润湿调控能力，实现从亲油到强亲水/强疏油润湿性转变，促进壁面油膜的高效剥离，是本文的研究意义所在.本研究以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、甲醛、甲醇等为主要原料制备了一种强化界面润湿调控性能的新型驱油剂二羟甲基十二烷基苯磺酸钠(SDDBS).探究了其吸附性能、界面润湿调控性能、油膜剥离性能以及宏观驱油性能等.实验结果表明SDDBS可将亲油岩石表面润湿调控至强疏油状态(水下油滴接触角>153.9°)，驱油效果显著.

2结果与讨论

2.1界面润湿性调控驱油剂的结构表征

界面润湿性调控驱油剂SDDBS的合成示意图如图1所示.通过红外光谱和核磁共振氢谱对合成原料十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和最终产物二羟甲基十二烷基苯磺酸钠(SDDBS)进行结构表征.由图2a可见，位于1456和1638 cm-1的特征峰证明了苯环的存在，3434 cm-1处宽峰为O―H的伸缩振动峰，通过对比SDBS和SDDBS的红外光谱，可以判断SDDBS中含有羟基基团.由图2b可得，δ4.8为D2O溶剂峰;δ0.6~1.49为亚甲基上的质子峰(a);δ2.32~2.60的三重峰为甲基上的质子峰(d);δ3.35为羟基上的质子峰(b);δ7.14为芳烃特征峰(c).通过1H NMR确定了最终产物中羟基等基团的存在及位置.红外光谱和核磁共振氢谱结果表明目标产物SDDBS合成成功，结构准确.

图1 SDDBS合成示意图

图2(a)SDDBS红外光谱图和(b)核磁共振氢谱