在亚临界和超临界条件下，含溶解表面活性剂的碳酸水对合成树脂油和沥青质油膨胀因子及界面张力的影响

《Scientific Reports》：Effects of dissolved surfactants in carbonated water on swelling factor and interfacial tension under sub and supercritical conditions using synthetic resinous and asphaltenic oil

　　

摘要

近年来，注入气体，尤其是溶解在水中的二氧化碳（CO₂），即碳酸水，这一技术越来越受到关注。本研究旨在探讨在500至4500磅/平方英寸的压力范围内，从亚临界到超临界状态，以及25°C至65°C的温度条件下，CO₂在水中溶解的影响。此外，还研究了表面活性剂——二辛基磺基琥珀酸钠盐（AOT）和十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）——在0至700 ppm浓度范围内的协同作用，以及它们对IFT值和膨胀系数的影响。实验结果表明，随着压力增大，与原油接触时的膨胀系数最大可达19.3%，而与合成混合树脂质沥青油（SMRAO）接触时的最大膨胀系数则为22.3%。选择SMRAO作为第二种测试油品，是因为原油含有数千种成分，很难根据实验结果得出普遍性结论。通过使用一种或两种特定组分，尤其是具有天然表面活性作用的树脂和沥青质，可以更有效地研究化学物质与油品组分之间的相互作用。实验还发现，随着压力、温度和表面活性剂浓度的增加，碳酸水中存在表面活性剂会使膨胀系数分别降低50%（AOT）和38%（AES）。出现这种趋势的原因在于AOT的结构较为复杂，而AES则呈线性链状结构。此外，无论使用何种表面活性剂，压力和温度的升高都会使膨胀系数上升，这是因为高压下CO₂的溶解度更高，其分子的运动和迁移更为活跃，从而有更多CO₂渗入油滴，导致膨胀系数增加。在后续研究中，还测量了不同温度（25°C至65°C）和压力（0至4500磅/平方英寸）下各种溶液的IFT值。实验结果显示，使用SMRAO代替原油可使IFT值下降，最低值为19.2毫牛/米，而相同条件下的原油对应的IFT值为23.1毫牛/米。进一步的测量还表明，尽管压力增加会降低IFT值，但温度升高则会使IFT值上升，这一现象与是否存在表面活性剂或表面活性剂的类型无关。实验还发现，AES在降低IFT值方面的效果优于AOT，在压力为4500磅/平方英寸、温度为65°C的条件下，当AES浓度为700 ppm时，IFT值可降至1.1毫牛/米。这主要是因为AES的烷基链更长，能够在界面处更紧密地排列，而AOT的结构较为复杂，难以在界面处密集排列大量分子。由于SMRAO的成分相对简单，不像原油那样包含数千种成分，因此其与油品接触时的IFT值变化更为规律。