在化學(xué)驅(qū)三次采油技術(shù)中，需要大量表面活性劑。以往開發(fā)應(yīng)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(jié)構(gòu)特點決定其表面活性的提高受到限制。20世紀(jì)90年代開始合成研究的一類新型結(jié)構(gòu)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(qū)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(dá)到超低油水界面張力，但在低礦化度下界面張力卻達(dá)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(jié)構(gòu)水平上設(shè)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(diào)節(jié)其親水親油比值，并對其進行了相關(guān)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(yīng)、環(huán)氧化反應(yīng)和加成反應(yīng)合成了陰離子表面活性劑琥珀酸二酯磺酸鈉。

結(jié)合已有文獻和實驗探討了各步反應(yīng)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(yīng)溫度約130℃；催化劑為濃硫酸，反應(yīng)時間約為5小時，產(chǎn)物產(chǎn)率可達(dá)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(yīng)溫度約10℃；選擇無水乙醇作反應(yīng)溶劑，飽和氫氧化鈉水溶液作催化劑，反應(yīng)時間約為8小時，產(chǎn)物產(chǎn)率可達(dá)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(yīng)溫度約60℃；選擇二氯甲烷作反應(yīng)溶劑。催化劑為四丁基溴化銨飽和溶液；反應(yīng)時間約為5小時，產(chǎn)物產(chǎn)率可達(dá)80%。利用紅外光譜(IR)對GM-8進行了結(jié)構(gòu)表征，證明是所需結(jié)構(gòu)產(chǎn)物。用吊片法測定了表面活性劑表面張力。

實驗結(jié)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(zhuǎn)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(jié)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(dǎo)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(dāng)濃度達(dá)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(dá)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(dāng)?shù)V化度達(dá)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(fù)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(fù)配后發(fā)揮出較好的協(xié)同效應(yīng)，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(dá)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(jié)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(fù)配后對原油乳化穩(wěn)定性有促進作用。