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1、第45卷第6期力學(xué)學(xué)報(bào)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(píng)王治國(guó)王樹眾孫曉景澤鋒吳金橋何靜”(西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，西安710049)十(西安石油大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，西安710065)(陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，西安710075)摘要采用流變學(xué)、冷凍蝕刻電鏡方法，研究了十八烷基三甲基氯化銨(octadecyltrimetrylammoiumchloride，OTAC)陽(yáng)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(shí)，體系形成了最大長(zhǎng)度達(dá)1岬左右的蠕蟲狀膠束．當(dāng)OTAC主溶液質(zhì)量濃度為1．4％時(shí)，以線性蟲狀膠束為主；當(dāng)濃度大于2．8％時(shí)，膠束開始相互纏結(jié)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；當(dāng)濃度達(dá)到4％時(shí)，膠束纏結(jié)長(zhǎng)度f(wàn)e值達(dá)到一個(gè)極小值，松弛時(shí)間也達(dá)到最大值2．86S，說(shuō)明此時(shí)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(shí)，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(yīng)力釋放機(jī)制，隨著網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)，其應(yīng)力
3、釋放機(jī)制呈現(xiàn)蟲狀膠束所特有的“Rouse—like”和“breathing”效應(yīng)．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(hào)：0373文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(jìn)行了詳細(xì)的研究．相比于聚合物，蟲狀膠束應(yīng)力松弛機(jī)制更一些具有長(zhǎng)鏈烷基的黏彈性表面活性劑(vis—加復(fù)雜．Cates[51對(duì)Doi和Edward["】的蛇形蠕動(dòng)理coelasticsurfactant，VES)，如十六烷基三甲基氯化銨論進(jìn)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(yīng)力松弛的理論基礎(chǔ)．濃度和溫度以及反離子存在時(shí)，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(zhǎng)達(dá)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(fù)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(yīng)力作用下膠束斷裂，去除應(yīng)力后膠束又能夠恢復(fù)點(diǎn)，但過(guò)多的反離子會(huì)導(dǎo)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(duì)于CTAC與NaSal體系等復(fù)雜的宏觀力學(xué)行為．相對(duì)于聚合物，該類流體具的
5、減阻應(yīng)用方面研究得較多[19-221，而對(duì)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(duì)于CTAB和其他VES體系則較少．優(yōu)點(diǎn)，在油田壓裂液(通常稱為清潔壓裂液)、三次采陽(yáng)離子體系碳鏈的增加有利于更長(zhǎng)的蟲狀膠束的形油以及長(zhǎng)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(gè)碳原子的長(zhǎng)鏈(十八烷基的應(yīng)用前景[11．三甲基氯化銨)陽(yáng)離子型表面活性劑(octadecyltrime—近年來(lái)，國(guó)外學(xué)者從膠束的形成動(dòng)力學(xué)[2-4]、trvlammoiumchloride，OTAC)．研究長(zhǎng)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(guó)內(nèi)，宇波通過(guò)實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)掌握此類復(fù)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(duì)于其油田壓裂、三次采油和長(zhǎng)輸管線減阻領(lǐng)機(jī)理．盧擁軍等【l41、牟建海等【l5】、張為燦等【6]也域的應(yīng)用具有重要意義．對(duì)十六烷基三甲基溴化銨、陰離子表面活性劑十二本文通過(guò)小幅振蕩動(dòng)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(xué)研究項(xiàng)目計(jì)劃資助項(xiàng)目(12JK0782)．2)王樹眾，教授，主要研究方向：
7、石油工程復(fù)雜流體及多相流．E—mail：szwang@mail．xjtu．edu．ca第6期王治國(guó)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(duì)長(zhǎng)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(jìn)行評(píng)估，并采用冷凍蝕2．1蟲狀膠束的形成刻電鏡進(jìn)行驗(yàn)證分析．目的是運(yùn)用相對(duì)簡(jiǎn)單的宏觀流變學(xué)方法，揭示反離子濃度、表面活性劑濃度對(duì)首先進(jìn)行穩(wěn)態(tài)流變測(cè)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．
