石油磺酸盐的结构与界面活性的关系及其质量评价

石油磺酸盐的结构与界面活性的关系及其质量评价

石油磺酸盐是由石油磺酸或原油生产的阴离子表面活性剂。其结构和组成因原油和磺化技术而异。这种差异直接关系到不同油田和不同采收区的石油挤出效果。本工作研究了石油磺酸盐的结构与界面活性之间的相互关系,建立了相应的质量评价标准。1实验部分1.1试剂石油磺酸盐试样:胜利油田;地层水(矿化度为9069mg/L)、原油:胜利油田孤岛七区。1.2石油磺酸盐活性物质的分离采用液液萃取法对石油磺酸盐试样进行分离,得到石油磺酸盐活性物组分,分离流程见图1。1.3界面张力的测定用地层水配制0.3%(w)的石油磺酸盐溶液,采用TX-500型界面张力仪(北京盛维基业科技有限公司)测定石油磺酸盐溶液-原油的界面张力,70℃,转速5000r/min,测定时间30min。1.4质谱分析系统用蒸馏水配制0.05mg/mL的石油磺酸盐溶液,采用Agilent公司1100MSD型质谱仪对其进行分析,雾化气压力69kPa,干燥气(氦气)流量7L/min,325℃,负离子模式检测。1.5统计分析采用SPSS11.5软件进行相关的统计分析。2结果与讨论2.1界面活性检测根据界面张力测试结果,15个石油磺酸盐试样的界面活性可分为3类(见表1):第一类表现出优异的界面活性,界面张力低于0.050mN/m;第二类表现出良好的界面活性,界面张力介于0.050~0.150mN/m;第三类表现出较差的界面活性,界面张力大于0.150mN/m。2.2石油磺酸盐试样的界面活性通过石油磺酸盐试样的质谱分析结果及已知石油磺酸盐的结构,可确定石油磺酸盐试样的组分,一般来说,石油磺酸盐含有1~3个芳香环。石油磺酸盐试样中各组分的结构及相对分子质量见表2。在质谱图中,根据烷基苯、烷基萘、烷基茚满、烷基菲、烷基苊、烷基芴和烷基联苯磺酸盐7种类型磺酸盐的相对分子质量进行筛选,计算出的每一类磺酸盐的含量(见表3)。由表3可知,石油磺酸盐试样中不同类型磺酸盐的含量不同,一般而言,各个类别磺酸盐含量高低的顺序为:烷基苯磺酸盐>烷基茚满磺酸盐>烷基萘、烷基菲磺酸盐>烷基苊、烷基联苯磺酸盐>烷基芴磺酸盐。石油磺酸盐试样中烷基苯、烷基茚满、烷基萘和烷基苊磺酸盐的含量分布趋势见图2。结合表3和图2可知,不同石油磺酸盐试样的烷基苯、烷基茚满、烷基萘和烷基苊磺酸盐的含量分布不同;当试样中烷基苯磺酸盐的含量过高(如试样6,11,13,在表1中试样11虽属界面活性良好类别,但从它的界面张力数值0.143mN/m可看出,该试样已接近界面活性较差类别)或过低(如试样15)时,试样的界面活性均较差;与具有一定界面活性的石油磺酸盐试样(如试样1~5,7,10,12,14)相比,界面活性优异的石油磺酸盐试样(如试样8,9)中烷基苯磺酸盐的含量稍高,而烷基萘、烷基茚满和烷基苊磺酸盐的含量稍低。从石油磺酸盐试样中烷基菲、烷基芴和烷基联苯磺酸盐的含量分布趋势(见图3)可知,除界面活性较差的试样(试样6,13,11,15)外,其他试样中烷基菲、烷基芴和烷基联苯磺酸盐的含量差别不大。根据以上统计分析结果可知,石油磺酸盐试样中不同类别的磺酸盐含量需适当,烷基苯、烷基萘、烷基茚满和烷基苊磺酸盐的质量分数为20.0%,5.2%,6.1%,4.6%左右较合适,过高或过低均不利于石油磺酸盐试样的界面活性;不同石油磺酸盐试样中烷基菲、烷基芴和烷基联苯磺酸盐的质量分数为4%~6%,差别不大。2.3质量评价结果为了评价石油磺酸盐试样之间的相似程度,引入相关系数。相关系数越大,相似程度越高式中,X以具有优异界面活性的试样9为比较标准,考察其他石油磺酸盐试样与其之间的相似程度。从表4可知,试样8与试样9非常类似,相关系数可达0.992,两者均具有优异的界面活性;试样6,13,15与试样9的相关系数分别为0.897,0.930,0.215,均小于等于0.930,这3个试样的界面活性差;其余试样与试样9的相关系数介于0.930~0.990之间,界面活性介于试样8,9和试样6,13,15之间。因此,石油磺酸盐试样的质量评价依据为:以试样9为比较标准,当相关系数不大于0.930时,表明试样的界面活性差;相关系数介于0.930~0.990时,表明试样的界面活性良好;相关系数接近1.000,表明试样的界面活性优异。为了检验该质量评价方法的准确性,对胜利油田的另外4个石油磺酸盐试样(V1,V2,V3,V4)进行评价,评价结果见表5。从表5可知,V1和V3试样的界面活性差,界面张力均大于0.150mN/m,相关系数均小于0.930;试样V2和V4具有良好的界面活性,试样V2的相关系数(0.963)大于试样V4的相关系数(0.936)。由此可见,界面张力测试结果与采用相关系数对石油磺酸盐试样进行质量评价的结果一致,表明该评价标准具有较高的准确性。3石油磺酸盐试样的分析(1)当石油磺酸盐溶液与原油的界面张力小于0.050mN/m、介于0.050~0.150mN/m或大于0.150mN/m时,石油磺酸盐的界面活性分别表现为优异、良好和较差。(2)质谱分析结果显示,石油磺酸盐试样中含有7种类型磺酸盐,分别为烷基苯、烷基萘、烷基茚满、烷基菲、烷基苊、烷基芴和烷基联苯磺酸盐,当烷基苯、烷基