OTAC／NaSal虫状胶束流体微观结构与线性黏弹性.pdf

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1、第45卷第6期力学学报Vo1．45，No．62013年11月ChineseJournalofTheoreticalandAppliedMechanicsNov．，2013OTAC]NaSal虫状胶束流体微观结构与线性黏弹性u王治国王树众孙晓景泽锋吴金桥何静”(西安交通大学能源与动力工程学院，西安710049)十(西安石油大学机械工程学院，西安710065)(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，西安710075)摘要采用流变学、冷冻蚀刻电镜方法，研究了十八烷基三甲基氯化铵(octadecyltrimetrylammoiumchloride，OTAC)阳离子表面活性剂和水杨酸钠(

2、NaSa1)体系蠕虫状胶束的形成、线性黏弹性与微观胶束结构．研究结果表明，在OTAC主溶液与NaSal质量比为5：1时，体系形成了最大长度达1岬左右的蠕虫状胶束．当OTAC主溶液质量浓度为1．4％时，以线性虫状胶束为主；当浓度大于2．8％时，胶束开始相互缠结，形成网状结构；当浓度达到4％时，胶束缠结长度fe值达到一个极小值，松弛时间也达到最大值2．86S，说明此时体系形成了致密的网状结构，并呈现良好的黏弹性．在较低振荡频率时，缠结的虫状胶束符合Maxwell流体特征，但在较高频率区域，OTAC／NaSal蠕虫状胶束表现出了不同于一般聚合物的应力释放机制，随着网状结构的增强，其应力

3、释放机制呈现虫状胶束所特有的“Rouse—like”和“breathing”效应．关键词十八烷基三甲基氯化铵，水杨酸钠，蠕虫状胶束，微观结构，线性黏弹性中图分类号：0373文献标识码：ADOh10．6052／0459—1879—13—062引言烷基聚氧乙烯(3)硫酸钠(AES)的流变性进行了详细的研究．相比于聚合物，虫状胶束应力松弛机制更一些具有长链烷基的黏弹性表面活性剂(vis—加复杂．Cates[51对Doi和Edward["】的蛇形蠕动理coelasticsurfactant，VES)，如十六烷基三甲基氯化铵论进行了修正，提出了蠕虫状胶束的“活聚合物”理(CTAC)、溴代十

4、六烷基三甲铵(CTAB)等，在一定论，奠定了虫状胶束应力松弛的理论基础．浓度和温度以及反离子存在时，由于双电层受到挤随着盐度的增加，十六烷基三甲基氯化铵／水杨压，能形成长达几百纳米的蠕虫状胶束．蠕虫状胶束酸钠(CTAC／NaSa1)体系呈现出牛顿流体、黏弹性流体具有复杂的流变特性和优良的黏弹性，在剪切(由相互缠结的蠕虫状或者线状胶束引起)流体的特应力作用下胶束断裂，去除应力后胶束又能够恢复点，但过多的反离子会导致出现分枝结构，零剪切原始状态，宏观上表现剪切增稠、剪切稀化、剪切带黏度反而下降[181．目前，对于CTAC与NaSal体系等复杂的宏观力学行为．相对于聚合物，该类流体具的

5、减阻应用方面研究得较多[19-221，而对其微观结构有地层伤害低、摩阻小、携砂性能好以及返排彻底等与流变性，相对于CTAB和其他VES体系则较少．优点，在油田压裂液(通常称为清洁压裂液)、三次采阳离子体系碳链的增加有利于更长的虫状胶束的形油以及长输管线减阻、日化和生物等领域具有广阔成[10】．本文采用具有18个碳原子的长链(十八烷基的应用前景[11．三甲基氯化铵)阳离子型表面活性剂(octadecyltrime—近年来，国外学者从胶束的形成动力学[2-4]、trvlammoiumchloride，OTAC)．研究长链OTAC／NaSal胶束微观结构【、流变特性[6-81以及数值模

6、拟[91体系的微观结构与线性黏弹性之间的关系，有利于等方面开展了虫状胶束流体研究[10。111．国内，宇波通过实验室评价掌握此类复杂流体的微观结构信等[12-131采用数值模拟方法研究了CTAC溶液减阻息，对于其油田压裂、三次采油和长输管线减阻领机理．卢拥军等【l41、牟建海等【l5】、张为灿等【6]也域的应用具有重要意义．对十六烷基三甲基溴化铵、阴离子表面活性剂十二本文通过小幅振荡动态流变方法和Cates[51的2013-03-08收到第1稿，2013-05-28收到修改稿．1)陕西省教育厅2012年科学研究项目计划资助项目(12JK0782)．2)王树众，教授，主要研究方向：

7、石油工程复杂流体及多相流．E—mail：szwang@mail．xjtu．edu．ca第6期王治国等：OTAC／NaSal虫状胶束流体微观结构与线性黏弹性855“活聚合物”理论相结合，对长链OTAC／NaSal蠕虫2结果及讨论状胶束的微观结构参数进行评估，并采用冷冻蚀2．1虫状胶束的形成刻电镜进行验证分析．目的是运用相对简单的宏观流变学方法，揭示反离子浓度、表面活性剂浓度对首先进行稳态流变测量．固定OTAC主溶液质OTAC／NaSal体系蠕虫状胶束微观胶束结构与线性黏量浓度为1．