汽车用发动机油起泡性的研究与探讨

汽车用发动机油起泡性的研究与探讨

商中伟张爱平贾雪

北京汽车集团越野车有限公司北京市101300

摘要：目前，我国大部分油田已进人高含水甚至特高含水开发阶段，如何对此类油田进行有效开发成为提高石油采收率研究的重大课题。而泡沫驱技术以其独特的渗流特性和驱替性能越来越受到人们的重视。在表面活性剂的作用下，气体以泡沫的形状分散在液体中并在地层中运移，降低了驱替相与被驱替相之间的流度比，能有效改善驱替前缘的指进现象;并随渗透率的增大，泡沫的戮度增大，渗流阻力增大，当其渗流阻力大于相对低渗透层中的毛管压力时，泡沫便进人低渗透层，从而达到非均质地层同时推进，扩大波及体积的目地。

关键词：发动机油；起泡性

1前言

汽油机油在高温下生成泡沫的倾向已经逐渐成为其使用过程中的巨大问题，这些泡沫如果不能及时消除，就会出现冷却效果下降、氧化变质加快和机械磨损增加等现象。因此在实际应用中，要求汽油机油具有良好的泡沫特性显得尤为重要。

汽油机油起泡的主要原因是汽油机油中含有表面活性添加剂所致，消除汽油机油泡沫的方法主要是通过加入抗泡剂进行消泡。

2对发动机机油的要求

所谓机油的粘温特性是指油品粘度随温度变化的特性。机油粘度随温度变化较小的油品，其粘温特性较好。此外，油品在低温时的粘度太大，则其流动性变差，冷机起动时起动阻力大，会增加零件的磨损。另一方而，若高温时的粘度太小，则油膜易被破坏，会加剧磨损。因此，发动机机油应有较好的粘温特性，即要兼顾高温和低温时的粘度。

所谓机油的低温流动性是以油品的“倾点”、“低温粘度”、“边界泵送温度”等三项指标来表示的。低温粘度是在规定温度下油品的动力粘度，而边界泵送性则以将机油泵送一气门摇臂处的时间来表示。

所谓机油的防起泡性是指在规定条件下，往油品试样中吹气，然后测定其残留泡沫的毫升数，来评价油品的防起泡性。

所谓油性是指润滑油在边界摩擦条件下的润滑性能，即油品内的极性物质在摩擦金属表而形成吸附油膜的能力。此外发动机对机油的要求还有:要求碱性适当、较小的腐蚀性和良好的氧化安定性等。

3泡沫的耐油稳定性分析

3.1泡沫的遇油消泡性

泡沫具有“遇油消泡、遇水稳定”的特性，消泡后其勃度降低，从而起到“堵水不堵油”的作用。但也正是因为泡沫的“油敏性”，使得泡沫接触油类后稳定性总是降低，具体表现为:当泡沫在地层中遇到剩余油或较大的“油墙”时，泡沫消泡，并难以再次形成泡沫，继而无法在油层深部形成有效的压力梯度。研究发现，很多泡沫在无油介质中是高效气体阻塞剂，而在残余油存在时则是非阻塞的。

泡沫的稳定性受起泡剂体系组成、泡沫本身性质及外界因素的影响。原油对泡沫的抑制和破坏主要体现在液膜排液和气体在气泡之间的扩散。原油的存在，一方面使得表面活性剂分子离开水气界面，进人油相，使起泡剂的有效浓度降低;另一方面，原油接触泡沫后，在水气界面膜铺展或乳化成小油珠，在外力和界面张力的驱动下进人泡沫结构内，产生Marangoni效应，以不同形式在不同程度上影响和破坏泡膜的完整性。

3.2泡沫耐油机理

由上述分析得知，提高起泡剂的耐油性能，一方面可从起泡剂的分子结构人手。常用的起泡剂分子是两亲结构，一端是非极性的烃基(亲油链)，另一端是亲水性较强的极性端(亲水链)，一般情况下，起泡剂的亲油链为正构饱和烃，且链足够长为好。亲油基团在泡沫上定向排列时亲油链之间横向引力增加，稳定性好。在亲油基选定的基础上，亲水基的亲水性越强，形成泡膜的排液速率越慢，泡沫越稳定。碳链长的起泡剂亲油性好，而碳链短的起泡剂亲水性好，因此，在筛选耐油性的起泡剂时，选用碳链适中的分子骨架或在较长的碳链上引人多种亲水基团和憎油基团，形成亲水亲油性能具有一定分布的多组分构成的起泡剂体系仁，从而提高起泡剂对环境的适应性，保证地层深部的泡沫稳定性。

另一方面，泡沫溶液的表面张力是衡量泡沫稳定性的指标之一。当表面膜具有一定强度时，形成多面体的泡沫的表面张力越低，泡沫越稳定。因此，筛选表面张力与界面张力接近，或在同一数量级的起泡剂，降低铺展系数，也能降低因表面活性剂转移而导致的发泡性能损失，从而增加泡沫的耐油稳定性。Anne等研究发现，具有耐油性能的氟表面活性剂的油水界面张力较高，而铺展系数则均为负值。

此外，表面活性剂的复配体系能显示出优于单一表面活性剂的特性。不同表面活性剂的协同作用能使复配体系增效，弥补各自性能上的缺陷，甚至派生出新特性，因此两种或两种以上的表面活性剂的合理复配更有利于泡沫的稳定。表面活性剂之间的协同作用甚至可使不耐油的表面活性剂具有耐油性。一些稳定剂(如聚合物、醇或无机盐等)的加人，能增加泡沫溶液的勃度和液膜的表面强度，使液膜与表面膜附近的液体不易排出，从而延缓泡沫破裂时间，增加泡沫的稳定性。

4结束语

1)泡沫的油敏性使其遇到原油后稳定性降低。研究和评价耐油起泡剂时，一方面是从表面活性剂结构上筛选亲水性强而亲油性相对弱的表面活性剂或亲水亲油性能具有一定分布的起泡剂体系，可增加泡沫在油中的稳定性;另一方面选择界面张力和表面张力接近或在同一数量级的表面活性剂，可减少因表面活性剂转移而导致的泡沫不稳定，进而增加泡沫的耐油稳定性。

2)超临界COz泡沫在较高的含油饱和度下具有较好的稳定性和驱油能力，具有较大的发展潜力，但其耐油机理还需进一步研究和优化。氟碳表面活性剂及其复配体系表现出较强的耐油稳定性，但存在成本和环境问题，因此其发展受到制约。

3)表面活性剂之间的复配以及稳定剂、助剂的加人能使不耐油的泡沫具有一定的耐油稳定性。AOS,SDS和聚合物增强泡沫等复配体系都表现出较好的耐油稳定性。因此，筛选具有一定耐油性能的表面活性剂，并加人合适的助剂，或与其他表面活性剂进行复配，进一步提高起泡剂体系的耐油性能，是未来耐油起泡剂发展的主要趋势。

参考文献

[1]董雅杰,杨旭,王凯,袁舰兰,余婷,郭丽.一种低凝固点起泡剂的制备与性能评价[J].应用化工.2015(08).