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1、第45卷第6期力學學報Vo1．45，No．62013年11月ChineseJournalofTheoreticalandAppliedMechanicsNov．，2013OTAC]NaSal蟲狀膠束流體微觀結(jié)構(gòu)與線性黏彈性u王治國王樹眾孫曉景澤鋒吳金橋何靜”(西安交通大學能源與動力工程學院，西安710049)十(西安石油大學機械工程學院，西安710065)(陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，西安710075)摘要采用流變學、冷凍蝕刻電鏡方法，研究了十八烷基三甲基氯化銨(octadecyltrimetrylammoiumchloride，OTAC)陽離子表面活性劑和水楊酸鈉(
2、NaSa1)體系蠕蟲狀膠束的形成、線性黏彈性與微觀膠束結(jié)構(gòu)．研究結(jié)果表明，在OTAC主溶液與NaSal質(zhì)量比為5：1時，體系形成了最大長度達1岬左右的蠕蟲狀膠束．當OTAC主溶液質(zhì)量濃度為1．4％時，以線性蟲狀膠束為主；當濃度大于2．8％時，膠束開始相互纏結(jié)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；當濃度達到4％時，膠束纏結(jié)長度fe值達到一個極小值，松弛時間也達到最大值2．86S，說明此時體系形成了致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并呈現(xiàn)良好的黏彈性．在較低振蕩頻率時，纏結(jié)的蟲狀膠束符合Maxwell流體特征，但在較高頻率區(qū)域，OTAC／NaSal蠕蟲狀膠束表現(xiàn)出了不同于一般聚合物的應力釋放機制，隨著網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的增強，其應力
3、釋放機制呈現(xiàn)蟲狀膠束所特有的“Rouse—like”和“breathing”效應．關(guān)鍵詞十八烷基三甲基氯化銨，水楊酸鈉，蠕蟲狀膠束，微觀結(jié)構(gòu)，線性黏彈性中圖分類號：0373文獻標識碼：ADOh10．6052／0459—1879—13—062引言烷基聚氧乙烯(3)硫酸鈉(AES)的流變性進行了詳細的研究．相比于聚合物，蟲狀膠束應力松弛機制更一些具有長鏈烷基的黏彈性表面活性劑(vis—加復雜．Cates[51對Doi和Edward["】的蛇形蠕動理coelasticsurfactant，VES)，如十六烷基三甲基氯化銨論進行了修正，提出了蠕蟲狀膠束的“活聚合物”理(CTAC)、溴代十
4、六烷基三甲銨(CTAB)等，在一定論，奠定了蟲狀膠束應力松弛的理論基礎(chǔ)．濃度和溫度以及反離子存在時，由于雙電層受到擠隨著鹽度的增加，十六烷基三甲基氯化銨／水楊壓，能形成長達幾百納米的蠕蟲狀膠束．蠕蟲狀膠束酸鈉(CTAC／NaSa1)體系呈現(xiàn)出牛頓流體、黏彈性流體具有復雜的流變特性和優(yōu)良的黏彈性，在剪切(由相互纏結(jié)的蠕蟲狀或者線狀膠束引起)流體的特應力作用下膠束斷裂，去除應力后膠束又能夠恢復點，但過多的反離子會導致出現(xiàn)分枝結(jié)構(gòu)，零剪切原始狀態(tài)，宏觀上表現(xiàn)剪切增稠、剪切稀化、剪切帶黏度反而下降[181．目前，對于CTAC與NaSal體系等復雜的宏觀力學行為．相對于聚合物，該類流體具的
5、減阻應用方面研究得較多[19-221，而對其微觀結(jié)構(gòu)有地層傷害低、摩阻小、攜砂性能好以及返排徹底等與流變性，相對于CTAB和其他VES體系則較少．優(yōu)點，在油田壓裂液(通常稱為清潔壓裂液)、三次采陽離子體系碳鏈的增加有利于更長的蟲狀膠束的形油以及長輸管線減阻、日化和生物等領(lǐng)域具有廣闊成[10】．本文采用具有18個碳原子的長鏈(十八烷基的應用前景[11．三甲基氯化銨)陽離子型表面活性劑(octadecyltrime—近年來，國外學者從膠束的形成動力學[2-4]、trvlammoiumchloride，OTAC)．研究長鏈OTAC／NaSal膠束微觀結(jié)構(gòu)【、流變特性[6-81以及數(shù)值模
6、擬[91體系的微觀結(jié)構(gòu)與線性黏彈性之間的關(guān)系，有利于等方面開展了蟲狀膠束流體研究[10。111．國內(nèi)，宇波通過實驗室評價掌握此類復雜流體的微觀結(jié)構(gòu)信等[12-131采用數(shù)值模擬方法研究了CTAC溶液減阻息，對于其油田壓裂、三次采油和長輸管線減阻領(lǐng)機理．盧擁軍等【l41、牟建海等【l5】、張為燦等【6]也域的應用具有重要意義．對十六烷基三甲基溴化銨、陰離子表面活性劑十二本文通過小幅振蕩動態(tài)流變方法和Cates[51的2013-03-08收到第1稿，2013-05-28收到修改稿．1)陜西省教育廳2012年科學研究項目計劃資助項目(12JK0782)．2)王樹眾，教授，主要研究方向：
7、石油工程復雜流體及多相流．E—mail：szwang@mail．xjtu．edu．ca第6期王治國等：OTAC／NaSal蟲狀膠束流體微觀結(jié)構(gòu)與線性黏彈性855“活聚合物”理論相結(jié)合，對長鏈OTAC／NaSal蠕蟲2結(jié)果及討論狀膠束的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)進行評估，并采用冷凍蝕2．1蟲狀膠束的形成刻電鏡進行驗證分析．目的是運用相對簡單的宏觀流變學方法，揭示反離子濃度、表面活性劑濃度對首先進行穩(wěn)態(tài)流變測量．固定OTAC主溶液質(zhì)OTAC／NaSal體系蠕蟲狀膠束微觀膠束結(jié)構(gòu)與線性黏量濃度為1．
