2.2界面潤(rùn)濕性調(diào)控驅(qū)油劑的性能評(píng)價(jià)

2.2.1臨界膠束濃度

使用界面流變儀測(cè)量不同濃度SDDBS溶液平衡狀態(tài)下的表面張力，得到SDDBS的表面張力隨濃度變化曲線如圖3所示.通過(guò)數(shù)值擬合得到轉(zhuǎn)折點(diǎn)，確定SDDBS溶液的臨界膠束濃度(cmc)為0.02%(w)，該濃度也作為后續(xù)性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的使用濃度.

圖3室溫下SDDBS的表面張力隨質(zhì)量濃度變化曲線

2.2.2吸附性能

將親油云母片在0.02%(w)SDDBS溶液中處理10 min，以模擬界面潤(rùn)濕調(diào)控驅(qū)油劑在親油巖石表面的吸附.使用原子力顯微鏡(AFM)觀察吸附后云母片的表面形貌.如圖4所示，SDDBS在親油云母片表面吸附層厚度約為1.25 nm，表面吸附得較為均勻，主要呈不規(guī)則顆粒狀分布，平均粗糙度為0.96 nm.采用紫外分光光度法測(cè)定了不同濃度的SDDBS在親油處理的石英砂表面吸附量，結(jié)果如圖S1(見(jiàn)支持信息)所示，SDDBS飽和吸附量約為5.9 mg/g，有良好的吸附性能.

圖4(a)親油處理云母片在0.02%(w)SDDBS溶液中吸附后AFM表面形貌3D圖;(b)AFM表面形貌2D圖;(c)吸附高度剖面圖

2.2.3降低油水界面張力性能

使用旋轉(zhuǎn)滴法測(cè)量不同濃度SDBS和SDDBS溶液平衡狀態(tài)下與油的界面張力，分別使用正己烷(圖5)與十二烷(圖S2，見(jiàn)支持信息)為油相，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明SDDBS與SDBS在降低油水界面張力能力上差異不大.由圖5可知，隨著SDDBS溶液的質(zhì)量濃度增大，界面張力先逐漸降低，在濃度增加至0.02%(w)后趨于穩(wěn)定.SDDBS溶液可將油水界面張力降低至2.6 mN/m。探究了鹽濃度對(duì)SDDBS降低油水界面張力的影響(圖S3，見(jiàn)支持信息)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明界面張力隨鹽濃度升高而降低，在地層水條件下SDDBS可降低油水界面張力至1.05 mN/m.

圖5 SDBS與SDDBS正己烷-水界面張力隨質(zhì)量濃度變化曲線

2.2.4潤(rùn)濕性調(diào)控性能

親油處理后玻璃片的空氣中水滴接觸角為100.2°，水下油滴接觸角為19.2°，為疏水親油性質(zhì).將親油玻璃片分別浸泡在0.02%(w)去離子水配置的SDBS、SDDBS溶液和地層水配置的SDDBS溶液中48 h，使用接觸角測(cè)量?jī)x分別測(cè)量不同處理時(shí)間下其水滴接觸角及水下油滴接觸角.結(jié)果如圖6所示.SDDBS潤(rùn)濕性調(diào)控能力較SDBS有較大提升，處理后空氣中水滴接觸角由65.1°降至24.5°，水下油滴接觸角由87.3°升至153.9°.經(jīng)SDDBS處理后的玻璃片呈現(xiàn)親水/水下強(qiáng)疏油性質(zhì).為探究鹽對(duì)界面潤(rùn)濕調(diào)控性能的影響，使用地層水配置的SDDBS溶液處理親油玻璃片，結(jié)果表明處理后空氣中水滴接觸角為35.6°，水下油滴接觸角為133.6°，說(shuō)明地層水的引入降低了SDDBS對(duì)親油表面的親水疏油調(diào)控效果.這是由于地層礦化度條件下，SDDBS分子鏈團(tuán)聚影響界面吸附，導(dǎo)致潤(rùn)濕調(diào)控能力略有下降.

圖6親油玻璃片在去離子水配置SDBS、SDDBS及地層水配置SDDBS溶液中浸泡48 h后空氣中水滴接觸角(a)和水下油滴接觸角(b)

2.2.5油膜剝離性能

將親油處理后的玻璃片表面涂覆原油(原油成分見(jiàn)表S1，見(jiàn)支持信息)，100℃下老化48 h，模擬油藏巖石表面油膜.在60℃下將原油老化的玻璃片分別浸入0.02%(w)的SDBS和SDDBS溶液中，記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中油膜剝離狀態(tài)，通過(guò)圖形分析軟件得到不同時(shí)刻下的油膜相對(duì)面積.

如圖7a所示，經(jīng)SDDBS溶液處理后，油膜面積降低明顯，油膜收縮最終以油珠形式從巖石表面脫離.而經(jīng)SDBS溶液處理后，油膜面積僅有少量減少，24 h后仍有大部分油膜未被有效剝離.油膜相對(duì)面積隨時(shí)間的變化曲線如圖7b所示，SDDBS處理后，24 h內(nèi)油膜面積減小了89%(黑色曲線).而油膜在SDBS中面積僅減小約53%(藍(lán)色曲線)，說(shuō)明羥基的引入有效促進(jìn)了油膜剝離.使用模擬地層水(配方見(jiàn)表S2，見(jiàn)支持信息)配置0.02%(w)SDDBS溶液，以相同方法進(jìn)行油膜剝離實(shí)驗(yàn)，得到圖7b紅色曲線.由圖可得，地層水條件下SDDBS溶液的油膜剝離效果減弱，24 h內(nèi)油膜面積減小了81%，結(jié)合前述潤(rùn)濕性調(diào)控與界面張力結(jié)果，鹽濃度的增加雖然降低了油水界面張力，但同時(shí)使得處理后表面水下油滴接觸角減小，疏油性減弱，最終導(dǎo)致油膜剝離效果變差，說(shuō)明油固界面潤(rùn)濕性調(diào)控在油膜剝離中起重要作用.較于文獻(xiàn)報(bào)道仍具有優(yōu)越效果，說(shuō)明制備的SDDBS具有良好的油藏環(huán)境適應(yīng)性，實(shí)際應(yīng)用潛力巨大.

圖7(a)SDDBS和SDBS處理油膜效果;(b)不同條件下油膜相對(duì)面積隨時(shí)間變化曲線

如圖8所示，SDDBS剝離油膜機(jī)理可從以下三個(gè)方面進(jìn)行闡釋，首先SDDBS吸附在油水界面上降低了油水界面張力;其次，SDDBS的二羥基通過(guò)氫鍵作用強(qiáng)化了其與巖石表面吸附，磺酸基團(tuán)富集于巖石表面使得巖石表面由親油轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)親水，極大地增加了油滴在巖石表面接觸角，降低粘附功而使得油膜易于剝離;最后，由于SDDBS在油水界面和巖石表面同時(shí)吸附，增加剝離后油滴與巖石表面間的靜電斥力，使得剝離后油膜不易重新粘附壁面，實(shí)現(xiàn)高效剝離。

圖8 SDDBS剝離油膜的動(dòng)態(tài)過(guò)程示意圖