模拟地层水配制的纳米SiO2/SDS体系的pH值在8.5左右，此时，纳米SiO2表面的羟基会和OH-发生如下反应：

该反应使SiOH逐渐解离，减弱了SiO2表面的羟基和水之间的氢键作用，导致SiO2颗粒表面脱水，颗粒间水化作用力减弱，易发生聚并。在纳米SiO2/SDS体系中添加盐酸后，随着H+含量的增加，该反应向左移动，增强了SiO2表面的羟基和水之间的氢键作用，水化作用力增强，阻止了纳米SiO2颗粒之间发生桥接聚并，从而提高了体系的稳定性。

在酸性介质中，纳米SiO2表面的羟基会和游离的质子化水发生如下反应：

SiO2表面的羟基会和H+发生反应，所以和Ca2+、Mg2+、Na+离子相比，H+更容易吸附在纳米颗粒表面。当体系中含有足够量的H+时，H+离子可以在纳米SiO2周围形成保护层，如图4所示。模拟地层水中极少量的二价Ca2+、Mg2+也会使纳米SiO2失去稳定性，H+保护层的存在降低了纳米SiO2双电层中二价离子的含量，从而减少了二价阳离子对纳米SiO2稳定性的破坏。

图4纳米SiO2周围的H+保护层

在酸性介质中，纳米SiO2颗粒间水化作用力的增强及周围H+保护层的形成，能够很好地解释模拟地层水配制的纳米SiO2/SDS体系中pH值的降低对体系稳定性的影响。

2.2纳米SiO2/SDS体系降低界面张力的能力

图5为NaCl盐水和模拟地层水配制的纳米SiO2/SDS体系与原油间的界面张力随SiO2质量分数的变化曲线。NaCl盐水中，随SiO2质量分数的增加，纳米SiO2/SDS体系降低界面张力的能力逐渐增强。单独的纳米SiO2没有降低油水界面张力的能力，但在SDS溶液中加入纳米SiO2后，由于纳米SiO2与SDS都带负电，二者间存在的静电排斥作用使更多的SDS分子扩散至油水界面，从而降低了界面张力，随着SiO2质量分数的增加，SiO2与SDS之间的排斥作用增强，SDS降低界面张力的能力也不断增强。模拟地层水中，随SiO2质量分数的增加，纳米SiO2/SDS体系降低界面张力的能力先增强后降低，在SiO2质量分数为0.5%时界面张力达到最低。当SiO2质量分数小于0.5%时，体系稳定性较好，随SiO2含量的增加，体系降低界面张力的能力增强，这与NaCl盐水中的趋势和原因一致；当SiO2质量分数大于0.5%时，体系的稳定性变差，部分纳米SiO2颗粒聚集失效，因此体系降低界面张力的能力减弱。

图5纳米SiO2对SDS降低油水界面张力的影响

随pH值的降低，模拟地层水中纳米SiO2/SDS体系的稳定性逐渐增强，而纳米SiO2/SDS体系降低油水界面张力的能力与其稳定性有关，因此pH值的降低也将对体系降低界面张力的能力产生影响。图6为纳米SiO2/SDS体系降低油水界面张力的能力随pH值的变化曲线，其中SiO2质量分数分别为0.2%和1.5%。

图6 pH值对纳米SiO2/SDS体系降低油水界面张力的影响

当SiO2质量分数为1.5%时，纳米SiO2/SDS体系静置不久纳米SiO2即聚集在一起，使得SiO2与SDS之间的排斥作用减小，随着pH值的降低，水化作用力及H+保护层的形成使得纳米SiO2聚集的几率大大降低，SiO2颗粒在体系中分散较均匀，因此SiO2与SDS之间的排斥作用增大，体系降低油水界面张力的能力增强。当SiO2质量分数为0.2%时，纳米SiO2/SDS体系具有较好的稳定性，pH值的下降对体系降低油水界面张力的能力基本无影响。

3结论

在NaCl盐水中，纳米SiO2/SDS体系的|ζ|基本大于30 mV，体系更易稳定；模拟地层水中二价阳离子的存在使得体系的|ζ|均小于30 mV，颗粒容易聚集沉淀。纳米SiO2含量越大，颗粒之间碰撞的机率增加，纳米SiO2/SDS体系的稳定性越差。随着纳米SiO2含量的增加，SDS降低油水界面张力的能力在NaCl盐水中逐渐增强，而在模拟地层水中先增后减，在SiO2质量分数为0.5%时界面张力达到最低。

在模拟地层水中加入盐酸后，随着pH值降低，|ζ|不断减小，稳定性却逐渐增强，当pH值为3.5时，体系静置15 d后仍能保持较好的稳定性，降低pH值可以有效解决地层水中体系稳定性问题。当SiO2质量分数小于0.5%时，pH的下降对体系降低界面张力基本没有影响；当SiO2质量分数大于0.5%时，pH的下降会使体系降低界面张力的能力增强。