在化學驅三次采油技術中，需要大量表面活性劑。以往開發(fā)應用的表面活性劑為單親水基單疏水鏈的兩親分子，該類分子的結構特點決定其表面活性的提高受到限制。20世紀90年代開始合成研究的一類新型結構的表面活性劑-雙子(Gemini)表面活性劑呈現(xiàn)出許多傳統(tǒng)型表面活性劑所不具備的優(yōu)異性能，如高的表(界)面活性、低臨界膠束濃度、耐鹽性、與其他驅油助劑配伍性更好和高效的潤濕性能，獨特的流變性。

雙子表面活性劑在三次采油中被寄予厚望。然而有研究表明，雙子表面活性劑在高礦化度下能達到超低油水界面張力，但在低礦化度下界面張力卻達不到超低。其原因可能是低礦化度下雙子表面活性劑親水性太強，親油基團不能很好地吸附于油滴表面，形成穩(wěn)定的水包油乳狀液，降低油水界面張力。

本文研究的主要內(nèi)容是從分子結構水平上設計并合成了一種單親水基團雙疏水基團的新型陰離子表面活性劑，減少雙子表面活性劑的親水性，調節(jié)其親水親油比值，并對其進行了相關性能評價研究。以馬來酸酐、脂肪醇、雙氧水、亞硫酸氫鈉為原料，通過酯化反應、環(huán)氧化反應和加成反應合成了陰離子表面活性劑琥珀酸二酯磺酸鈉。

結合已有文獻和實驗探討了各步反應的合成條件：

①馬來酸二酯，投料比為(n(馬來酸酐)：n(脂肪醇))=1：2.2；反應溫度約130℃；催化劑為濃硫酸，反應時間約為5小時，產(chǎn)物產(chǎn)率可達90%。

②環(huán)氧琥珀酸二酯，投料比為(n(馬來酸二酯)：n(雙氧水))=1：3；反應溫度約10℃；選擇無水乙醇作反應溶劑，飽和氫氧化鈉水溶液作催化劑，反應時間約為8小時，產(chǎn)物產(chǎn)率可達85%。

③琥珀酸二酯磺酸鈉，投料比為(n(環(huán)氧琥珀酸二酯)：n(亞硫酸氫鈉))=1：3；反應溫度約60℃；選擇二氯甲烷作反應溶劑。催化劑為四丁基溴化銨飽和溶液；反應時間約為5小時，產(chǎn)物產(chǎn)率可達80%。利用紅外光譜(IR)對GM-8進行了結構表征，證明是所需結構產(chǎn)物。用吊片法測定了表面活性劑表面張力。

實驗結果表明：

①GM-8和GM-10表面活性劑與SDS相比，表面張力更低且臨界膠束濃更小，相差一個數(shù)量級。

②GM-8表面張力隨溫度的增加而逐漸下降；

③NaCl、CaCl2的濃度增加使得GM-8表面張力逐漸降低，且CaCl2對GM-8表面張力的影響明顯比NaCl的影響大。依靠TX-500C全量程旋轉滴界面張力儀測定了GM-8與GM-10表面活性劑與原油之間的界面張力。

實驗結果表明：

①同等濃度的GM-8與GM-10表面活性劑與十二烷基硫酸鈉相比界面活性更高，GM-10比GM-8界面張力低，可能是由于疏水鏈碳原子數(shù)的增多，使得油水界面吸附的表面活性劑分子更傾向于親油，更容易吸附于油滴表面上，分子間排列更緊密，導致油水界面張力更低。

②考察了不同濃度下GM-10的油水界面張力，發(fā)現(xiàn)，隨著表面活性劑GM-10濃度的增大，油水界面張力逐漸降低，濃度低時界面張力降低幅度大，當濃度達到一定值時，界面張力漸漸趨于穩(wěn)定。

③考察了45℃和70℃下0.1%GM-10的動態(tài)油水界面張力，發(fā)現(xiàn)溫度升高，瞬時油水界面張力降得更低，且界面張力達到平衡所需的時間更短。

④考察了GM-10在不同的NaCl條件下的油水界面張力，發(fā)現(xiàn)隨著礦化度的增加，GM-10的油水界面張力增大。當?shù)V化度達到50000mg/L時，界面張力上升到10-1mN/m，表明GM-10在地礦化度下有較好的界面活性。

⑤考察了OP-10與GM-10復配后的動態(tài)油水界面張力，發(fā)現(xiàn)非離子表面活性劑OP-10與陰離子表面活性劑GM-10復配后發(fā)揮出較好的協(xié)同效應，界面活性更高。

表面活性劑泡沫性能測試實驗表明：①GM-8和GM-10在起泡體積和泡沫半衰期都比SDS要好，泡沫性能強，且GM疏水鏈長度增加，其起泡體積和半衰期都有增強。

②隨著濃度的增大，GM-10的起泡體積和泡沫半衰期都增大；

③表面活性劑GM-10的泡沫體積隨溫度的上升而增大，但半衰期逐漸減弱；

④表面活性劑GM-10的泡沫體積和半衰期隨NaC1含量的上升而略有下降，下降幅度不大，表明GM-10對NaC1有一定的抗鹽能力。

⑤表面活性劑GM-10的泡沫體積和泡沫半衰期隨溶液中Ca2+離子含量的增大都有較明顯的下降，表明GM-10受鈣離子影響較大。

表面活性劑乳化性能測試實驗表明：

①GM-8與GM-10均比十二烷基硫酸鈉具有更好的乳化能力；

②隨溶液濃度的升高，GM-10乳化能力逐漸增強，濃度達到一定時，穩(wěn)定指數(shù)趨于恒定；

③考察了礦化度變化對表面活性劑GM-10原油乳化穩(wěn)定性的影響，結果表明，乳化穩(wěn)定性隨著礦化度增加而降低，說明GM-10抗鹽能力有限；④GM-10與OP-10復配后對原油乳化穩(wěn)定性有促進作用。