摘要：

为实现稠油的高效乳化降黏并可控破乳，以阳离子表面活性剂N,N-二甲基十六烷基胺(C16A)通过静电作用对SiO2纳米粒子进行接枝改性，制备了pH响应型稠油降黏剂(C16A-SiO2)，将其配成降黏剂溶液后，与稠油混合匀质为C16A-SiO2稠油乳化体系。采用FTIR、TGA、接触角测量仪表征C16A-SiO2的结构组成、C16A接枝率和水接触角，基于光学显微镜、纳米粒度电位仪、电导率仪、自动草莓污污污视频测试，考察了C16A-SiO2降黏剂溶液的pH、C16A和SiO2的质量分数对C16A-SiO2稠油乳化体系粒径分布、电导率的影响。采用pH响应乳化破乳实验，探究了C16A-SiO2稠油乳化体系的pH响应性能。结果表明，C16A-SiO2降黏剂的C16A接枝率达27.3%，水接触角为83.2°；C16A-SiO2降黏剂溶液的电导率随其浓度的增加呈现先提高后降低的趋势，当降黏剂溶液的浓度为1×10−4 mol/L时，电导率最大，为7780 μS/cm，其Zeta电位随其浓度的增大而提升，当降黏剂溶液浓度为1×10−1 mol/L时，Zeta电位达42.5 mV；C16A-SiO2降黏剂溶液的pH=4.5±0.5条件下形成的Pickering乳液稳定性好，其质量分数为1.5%(C16A质量分数1.0%， SiO2纳米粒子质量分数0.5%)时，C16A-SiO2降黏剂溶液具有最佳稠油降黏性能。35 mL降黏剂溶液与15 mL稠油(60℃下黏度为5596 mPa·s)的降黏率达99.5%以上，8 h内分水率小于20%；C16A-SiO2稠油乳化体系液滴粒径分布集中在5~40 μm之间，平均粒径12.26 μm；C16A-SiO2稠油乳化体系具备pH响应性，pH=4.5稠油降黏，pH=8.0快速破乳。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

稠油样品(GD2， 60℃下黏度为5596 mPa·s)，采自胜利油田孤岛采油厂。 C16A(质量分数>98.0%)，天津希恩思生化科技有限公司；纳米SiO2(Nano-SiO2，平均粒径15 nm，质量分数>99.5%)，上海毕得医药科技股份有限公司；浓盐酸(质量分数36.0%)，天津市风船化学试剂科技有限公司；氢氧化钠(质量分数>96.0%)，天津市津东天正精细化学试剂厂。 Nicolet 6700型傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)，美国Thermo Fisher Scientific公司；SU8100型场发射扫描电子显微镜(SEM)，日本Hitachi公司；NDJ-5S型数字式旋转黏度计，上海星量光学仪器有限公司；JC2000D2M型接触角测量仪，北京中仪科信科技有限公司；Delta-8全自动高通量草莓污污污视频，芬兰Kibron公司；YKS-600型光学显微镜，上海永科光学仪器有限公司；Zetasizer Nano ZS90型纳米粒度电位仪，英国Malvern公司；JZ-10型手持均质机，杭州齐威仪器有限公司；DDS-307A型电导率仪、PHS-25型pH数显精度仪，上海仪电科学仪器股份有限公司；TG 209F3 Tarsus型热重分析仪(TGA)，德国Netzsch公司；数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 pH响应型稠油降黏剂制备

 Nano-SiO2修饰路线如下所示。 

首先，在烧杯中加入1.0 g的Nano-SiO2，加入去离子水至100 g，摇晃混合1 min，超声(200 W)分散1 h，使Nano-SiO2均匀分散在去离子水中，制得Nano-SiO2质量分数为1%的分散液，平均分成两份各50 g。然后，在另一烧杯中加入2.0 g的C16A，加去离子水至100 g，摇晃混合溶解，得到100 g的C16A质量分数为2%的水溶液，平均分成两份各50 g，其中一份使用质量分数为3.6%的盐酸调节其pH=4.5，另一份不处理(pH为7.5)。将两份C16A水溶液(pH=4.5、7.5)分别与Nano-SiO2分散液混合，放置30 min至平衡稳定，制成C16A-SiO2降黏剂溶液。最后，将两份C16A-SiO2降黏剂溶液离心，用去离子水洗2次、乙醇洗2次，在60℃烘箱中烘干24 h，即得pH响应型稠油降黏剂(C16A-SiO2)，分别记为 C16A-SiO2 (pH4.5)、 C16A-SiO2 (pH7.5)。

1.2.2 稠油乳化体系制备 

首先，配制C16A-SiO2质量分数1.5%(C16A质量分数1.0%， Nano-SiO2质量分数0.5%)的降黏剂水溶液。取适量降黏剂溶液和GD2稠油分别预热至60℃，然后将35 mL降黏剂溶液与15 mL的GD2稠油(即油水体积比3:7)依次加入塑料容器中，使用手持均质机均质(8000 r/min， 1 min)，得到稠油乳化体系。

1.3  表征与测试

FTIR测试：KBr压片法，波数范围4000~400 cm–1，分辨率4 cm–1，扫描次数32次。TGA测试：N2气氛，温度范围35~700 ℃，升温速率10 ℃/min。根据式（1）计算C16A-SiO2中C16A的接枝率（%）。

C16A接枝率/%＝(w100-w700)/w100×100 （1）

式中：w100和w700分别为C16A-SiO2的TGA测试中在 100和700 ℃下的剩余质量分数，%。

水接触角测定：将样品平铺在玻璃片表面，用接触角测量仪测量其与纯净水的接触角。表面张力测定：配制C16A-SiO2梯度浓度（1×10-8、1×10-7、1×10-6、1×10-5、1×10-4、1×10-3、1×10-2、1×10-1mol/L）水溶液，采用自动草莓污污污视频通过白金板法[17]测定各溶液的表面张力。Zeta电位测定：采用纳米粒度电位仪测定溶液的Zeta电位。电导率测定：采用电导率仪测定溶液的电导率。黏度测定：采用数字式旋转黏度计测量稠油乳状液的黏度。根据式（2）计算降黏率（%）。

降黏率/%＝(γ0-γ1)/γ0×100 （2）

式中：γ0为油层温度（60 ℃）稠油的初始黏度，mPa·s；γ1为稠油乳化后乳液的黏度，mPa·s。

粒径分布测试：采用光学显微镜立即观察匀质完成的稠油乳化体系，通过Nano measure 1.2软件对显微镜图进行微观形貌分析，计算平均粒径并绘制分散相的粒径分布。乳液类型测定：通过液滴分散法观察乳液的类型，具体步骤为：将配制好的C16A-SiO2质量分数1.5%的降黏剂水溶液分别滴加到纯净水和煤油中，如果降黏剂溶液液滴在水相中迅速分散并在油相中保持团聚，则为水包油（O/W）型，反之，则为油包水型（W/O）。将稠油乳状液在60 ℃恒温静置24 h，观察破乳情况。

1.4  稠油降黏性能测试条件优化

pH对降黏性能的影响：取35 mL配制好的C16A-SiO2质量分数1.5%的降黏剂水溶液，测试其pH＝7.5，用质量分数为3.6%的盐酸调节溶液梯度pH为2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0，然后根据1.2.2节方法制备稠油乳化体系，考察降黏剂溶液pH对其降黏性能的影响。

用质量分数为3.6%的盐酸调节降黏剂溶液pH＝4.5，Nano-SiO2质量分数为0.5%，配制C16A质量分数（分别为0.1%、0.25%、0.5%、0.75%、1.0%、1.3%、1.5%）的C16A-SiO2降黏剂溶液，考察其对稠油乳化体系降黏率和乳液粒径的影响。

调节降黏剂溶液pH＝4.5，C16A质量分数为1.0%，配制Nano-SiO2质量分数（分别为0、0.05%、0.1%、0.25%、0.5%、0.75%、1.0%）的C16A-SiO2降黏剂溶液，考察其对稠油乳化体系降黏率和乳液粒径的影响。