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離子組成、pH值對納米SiO2/SDS體係降低油水界麵張力的影響(三)
來源:油田化學 瀏覽 1353 次 發布時間:2025-08-28
模擬地層水配製的納米SiO2/SDS體係的pH值在8.5左右,此時,納米SiO2表麵的羥基會和OH-發生如下反應:
該反應使SiOH逐漸解離,減弱了SiO2表麵的羥基和水之間的氫鍵作用,導致SiO2顆粒表麵脫水,顆粒間水化作用力減弱,易發生聚並。在納米SiO2/SDS體係中添加鹽酸後,隨著H+含量的增加,該反應向左移動,增強了SiO2表麵的羥基和水之間的氫鍵作用,水化作用力增強,阻止了納米SiO2顆粒之間發生橋接聚並,從而提高了體係的穩定性。
在酸性介質中,納米SiO2表麵的羥基會和遊離的質子化水發生如下反應:
SiO2表麵的羥基會和H+發生反應,所以和Ca2+、Mg2+、Na+離子相比,H+更容易吸附在納米顆粒表麵。當體係中含有足夠量的H+時,H+離子可以在納米SiO2周圍形成保護層,如圖4所示。模擬地層水中極少量的二價Ca2+、Mg2+也會使納米SiO2失去穩定性,H+保護層的存在降低了納米SiO2雙電層中二價離子的含量,從而減少了二價陽離子對納米SiO2穩定性的破壞。
圖4納米SiO2周圍的H+保護層
在酸性介質中,納米SiO2顆粒間水化作用力的增強及周圍H+保護層的形成,能夠很好地解釋模擬地層水配製的納米SiO2/SDS體係中pH值的降低對體係穩定性的影響。
2.2納米SiO2/SDS體係降低界麵張力的能力
圖5為NaCl鹽水和模擬地層水配製的納米SiO2/SDS體係與原油間的界麵張力隨SiO2質量分數的變化曲線。NaCl鹽水中,隨SiO2質量分數的增加,納米SiO2/SDS體係降低界麵張力的能力逐漸增強。單獨的納米SiO2沒有降低油水界麵張力的能力,但在SDS溶液中加入納米SiO2後,由於納米SiO2與SDS都帶負電,二者間存在的靜電排斥作用使更多的SDS分子擴散至油水界麵,從而降低了界麵張力,隨著SiO2質量分數的增加,SiO2與SDS之間的排斥作用增強,SDS降低界麵張力的能力也不斷增強。模擬地層水中,隨SiO2質量分數的增加,納米SiO2/SDS體係降低界麵張力的能力先增強後降低,在SiO2質量分數為0.5%時界麵張力達到最低。當SiO2質量分數小於0.5%時,體係穩定性較好,隨SiO2含量的增加,體係降低界麵張力的能力增強,這與NaCl鹽水中的趨勢和原因一致;當SiO2質量分數大於0.5%時,體係的穩定性變差,部分納米SiO2顆粒聚集失效,因此體係降低界麵張力的能力減弱。
圖5納米SiO2對SDS降低油水界麵張力的影響
隨pH值的降低,模擬地層水中納米SiO2/SDS體係的穩定性逐漸增強,而納米SiO2/SDS體係降低油水界麵張力的能力與其穩定性有關,因此pH值的降低也將對體係降低界麵張力的能力產生影響。圖6為納米SiO2/SDS體係降低油水界麵張力的能力隨pH值的變化曲線,其中SiO2質量分數分別為0.2%和1.5%。
圖6 pH值對納米SiO2/SDS體係降低油水界麵張力的影響
當SiO2質量分數為1.5%時,納米SiO2/SDS體係靜置不久納米SiO2即聚集在一起,使得SiO2與SDS之間的排斥作用減小,隨著pH值的降低,水化作用力及H+保護層的形成使得納米SiO2聚集的幾率大大降低,SiO2顆粒在體係中分散較均勻,因此SiO2與SDS之間的排斥作用增大,體係降低油水界麵張力的能力增強。當SiO2質量分數為0.2%時,納米SiO2/SDS體係具有較好的穩定性,pH值的下降對體係降低油水界麵張力的能力基本無影響。
3結論
在NaCl鹽水中,納米SiO2/SDS體係的|ζ|基本大於30 mV,體係更易穩定;模擬地層水中二價陽離子的存在使得體係的|ζ|均小於30 mV,顆粒容易聚集沉澱。納米SiO2含量越大,顆粒之間碰撞的機率增加,納米SiO2/SDS體係的穩定性越差。隨著納米SiO2含量的增加,SDS降低油水界麵張力的能力在NaCl鹽水中逐漸增強,而在模擬地層水中先增後減,在SiO2質量分數為0.5%時界麵張力達到最低。
在模擬地層水中加入鹽酸後,隨著pH值降低,|ζ|不斷減小,穩定性卻逐漸增強,當pH值為3.5時,體係靜置15 d後仍能保持較好的穩定性,降低pH值可以有效解決地層水中體係穩定性問題。當SiO2質量分數小於0.5%時,pH的下降對體係降低界麵張力基本沒有影響;當SiO2質量分數大於0.5%時,pH的下降會使體係降低界麵張力的能力增強。





