中国石油大学 油田化学 实验报告 |
实验日期: | | 赤道银行成绩: | |
班级: | | 学号: | | 姓名: | | 教师: | 云南桥头堡建设 |
同组者: | |
| | | | | 谱纯 | | | |
一、实验目的
1.学会一种表面活性剂的表面张力的测定原理和方法，并掌握由表面张力计算临界胶束浓度（CMC）的原理和方法，学习Gibbs公式及其应用。 2.学会表面活性剂溶液与原油的油水界面张力的测定原理和方法，并掌握超低界面张力在三次采油中的作用原理。 3.学会观察表面活性剂溶液与原油混合后的乳化现象；并掌握用不稳定系数法评价表面活性
剂的乳化能力。
二、实验原理
表面活性剂分子是由具有亲水性的极性基团和具有憎水性的非极性基团所组成的有机化合物，当它们以低浓度存在于某一体系中时，可被吸附在该体系的表面上，采取极性基团向着水，非极性基团脱离水的表面定向，从而使表面自由能明显降低。
1.表面活性剂的表面张力及CMC的测定
单位表面具有的表面能叫表面张力。在一定温度、压力下纯液体的表面张力是定值。但在纯液体中加入溶质，表面张力就会发生变化。若溶质使液体的表面张力升高，则溶质在表面相表面层的浓度小于在溶液相内部的浓度；若溶质使液体的表面张力降低，则溶质在溶液相表面层的浓度大于在溶液相内部的浓度。溶质在溶液相表面的浓度和相内部的浓度不同的现象叫吸附。
在一定温度、压力下，溶质的表面吸附量与溶液的浓度、溶液的表面张力之间的关系，可用吉布斯（Gibbs）吸附等温式表示：
（1）
式中：Г——吸附量（mol/L）
c——吸附质在溶液内部的浓度（mol/L）
σ——表面张力（N/m）
R——通用气体常数（N·m/K·mol）
T——绝对温度（K）
通过实验若能测出表面张力与溶质浓度的关系，则可作出σ-c曲线，并在此曲线上任取若干个点作曲线的切线，这些曲线的斜率即为浓度对应的dσ/dc，将此值代入公式（1）可求出在此浓度时的溶质吸附量。
表面活性剂的临界胶束浓度（CMC）是表面活性剂溶液非常重要的性质。若使液体的表面扩大。需对体系做功，增加单位面积时，对体系做的可逆功称为表面张力或表面自由能。
表面活性剂在溶液中能够形成胶束时的最小浓度称为临界胶束浓度，在形成胶束时，溶液的一系列性质都发生突变，原则上，可以用任何一个突变的性质测定值。但最常用的是表面张力-浓度对数图法。xcel
表面张力的测定方法也有多种，较为常见的方法有最大压差法、滴体积法和拉起液膜法（吊环法及吊片法）。吊环法：把一圆环平置于液面，测量将环拉离液面所需最大的力，由此可计算出液体的表面张力。
2.表面活性剂的油水界面张力的测定
在地层温度下，表面活性剂溶液与原油的界面张力在100~10-6mN·m-1范围，可用旋滴法测定该体系的油水界面张力。该2方法是将油珠悬浮在水（或水溶液）中，在高速绕水平轴旋转下将油珠拉成柱形，柱体的直径与表面张力有关。在相同条件（转速、油水相密度差）下，油柱直径越小，界面张力越低。
旋滴法测定界面张力时，油滴在样品管中高速旋转，呈椭球形，椭球的长轴直径为L，短轴直径为D，当L/D≥4时，界面张力按下式计算：
（2）
式中 ——油水密度差，kg/m
——样品管转动的角速度，rad/s
r——油滴短轴半径,m
3.表面活性剂的乳化张力的测定
表面活性剂分子具有亲水基和亲油基，可分布在油水界面上，这些表面活性物质可使原油乳化形成水包油（O/W）乳状液。水包油乳状液的形成与稳定性对于化学驱和稠油乳化降粘具有重要作用，例如化学驱中乳化-携带、乳化-捕集、自发乳化等机理的发生，稠油乳化降粘中原油乳化分散机理的发生都是以水包乳状油液的形成为前提条件的。因此表面活性剂是提高石油采收率和原油输送中十分重要的一类添加剂。表面活性剂的乳化能力可用不稳定系数法进行评价。
乳状液的稳定性可用不稳定系数（USI）表示。不稳定系数按式（3）定义：
(3)
式中USI——不稳定系数（ml）
V(t)——乳化体系分出水体积与时间的变化函数
T——乳化体系静止分离的时间
从定义式可以看出，不稳定系数越小。乳状液的稳定性越好。
三、仪器与药品
1.仪器
表面张力仪、Texas-500型旋转液滴界面张力仪、WZS-1型阿贝折光仪、密度瓶、温度计、25ml具塞刻度试管、大试管、搅拌器、500ml烧杯、150ml烧杯、50ml烧杯、15ml移液管、50ml容量瓶、100ml容量瓶、滴管、试管架、秒表、电炉、电子天平。
2.药品
十二烷基硫酸钠（SDS）/十二烷基苯磺酸钠（SDBS），聚氧乙烯辛基苯酚醚-10（OP-10）、脱水原油/煤油、蒸馏水。
浓硫酸（AR）、无水硫酸钠（AR）、氯仿（CP）、渗透剂（磺酸盐或硫酸酯盐型阴离子表面活性剂）；
亚甲基蓝溶液：称取0.03g亚甲基蓝，用水调匀，加入12g浓硫酸和50g无水硫酸钠，用蒸馏水溶解并稀释至100ml；
0.05%阴离子表面活性剂溶液（渗透剂OT），若无渗透剂OT，可用其他磺酸盐或硫酸酯盐型阴离子表面活性剂代替，但需水溶性的。
四、实验步骤
1.表面活性剂表面张力及CMC的测定
用吊环法首先测定蒸馏水的表面张力，对仪器进行校正。然后从稀至浓依次测定SDBS溶
液，并计算表面张力，作出表面张力-浓度对数曲线，拐点处即为CMC值。如希望准确测定值，在拐点处增加几个测定值即可实现。
吊环法测定表面活性剂溶液的表面张力的步骤如下：
①将仪器放在不受振动和平稳的地方，调节仪器下面的螺丝把仪器调到水平状态。用热洗液浸泡铂丝环和测试时装测试液的玻璃杯，然后用蒸馏水洗净，烘干。铂丝环应十分平整，洗净后不能用手触摸。
②开机，预热30min。
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③用配制好的溶液润洗玻璃杯。
爬虫论坛④将自动张力仪与超级恒温水浴相连。
⑤显示标志位“A”或“F”时调整升降杆，调整范围是0~10mN/m。
⑥将表面活性剂水溶液倒入玻璃杯中至一定深度，挂上铂环，点“复位”按钮。
等温度恒定以后，点“上升”按钮，升高升降台使铂金环浸入液面下5~7mm处，点“停止”按钮，当出现“H”时点“零点”按钮，然后点“下降”和保持“按钮，记录显示的最大拉力值P。
⑧根据测定的表面活性剂不同浓度c时溶液的表面张力 -logc曲线。
2.表面活性剂油水界面张力的测定
通过Texas-500型界面张力仪测量油珠在溶液中的拉伸长度及直径，并用软件进行图像采集和分析，计算油水动态界面张力。界面张力测定步骤如下：
①开机、预热
