弱堿三元復(fù)合體系各組分作用關(guān)系研究

張 可 支樹(shù)潔 陳興隆等

摘要：遼河油區(qū)錦16塊(西)面臨油層非均質(zhì)性嚴(yán)重、采出程度高和含水率高等開(kāi)發(fā)難題，亟待采取提高采收率技術(shù)措施。針對(duì)油田開(kāi)發(fā)實(shí)際需求，在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究了不同類型聚合物和表面活性劑對(duì)復(fù)合體系粘度和界面張力的影響，并探討了表面活性劑濃度對(duì)三元復(fù)合體系溶液的增粘特性，以及堿濃度對(duì)三元復(fù)合體系溶液粘度和聚合物分子結(jié)構(gòu)的影響，并首次利用界面張力值來(lái)評(píng)價(jià)表面活性劑在天然油砂上的吸附特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚合物添加劑對(duì)界面張力存在不利影響，使復(fù)合體系的界面張力值升高。表面活性劑分子與聚合物分子鏈形成絡(luò)合結(jié)構(gòu)，對(duì)三元復(fù)合體系溶液具有增粘作用。不同類型表面活性劑在天然油砂上的吸附量存在差異，羧酸鹽類表面活性劑在天然油砂上的吸附量最低。

關(guān)鍵詞：遼河油區(qū)；三元復(fù)合體系；界面張力；粘度；影響因素；實(shí)驗(yàn)研究

中圖分類號(hào)：TE341文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

前言

遼河油區(qū)錦16塊(西)油層非均質(zhì)性嚴(yán)重，油層溫度在56℃左右，地層原油粘度為14.3mPa·s，地層水pH值為7左右，總礦化度為2467.2mg／L，油水粘度比為24.6。目前，區(qū)塊綜合含水高達(dá)85.1％，采出程度達(dá)43.8％以上，進(jìn)入了高含水、高采出程度的“雙高”期，提高該斷塊采出程度、降低區(qū)塊綜合含水成為遼河油區(qū)亟待解決的首要問(wèn)題。近年來(lái)，堿、活性劑、聚合物(AsP)三元復(fù)合驅(qū)在“控水穩(wěn)油”中的作用愈來(lái)愈受到石油科技工作者的重視。三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)已在大慶油田推廣應(yīng)用，先后開(kāi)展了單井、多井和區(qū)塊礦場(chǎng)試驗(yàn)，采收率增幅達(dá)到20％以上。國(guó)內(nèi)外對(duì)該體系的驅(qū)油效果以及界面張力的研究較多，而對(duì)三元復(fù)合體系性質(zhì)的影響因素報(bào)道較少，如三元復(fù)合體系中的堿、聚合物和表面活性劑類型對(duì)復(fù)合體系性質(zhì)的影響、各組分的濃度對(duì)其粘度和界面張力的影響等。

針對(duì)油田高含水、高采出程度的“雙高”問(wèn)題，在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)測(cè)定不同類型聚合物和表面活性劑對(duì)復(fù)合體系粘度和界面張力的影響，研究了堿和表面活性劑濃度及類型對(duì)三元復(fù)合體系溶液粘度和界面張力性質(zhì)影響，并首次利用界面張力值確定了不同類型表面活性劑在天然油砂上的相對(duì)吸附量。

1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1實(shí)驗(yàn)材料

聚合物、堿和表面活性劑參數(shù)見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)用水取自遼河油區(qū)25-C43井采出污水；實(shí)驗(yàn)用油為遼河原油經(jīng)脫水、脫氣處理。天然油砂取自遼河油區(qū)，經(jīng)甲苯抽提，并篩選粒徑范圍分別為6.500～0.124、0.124～0.074和大于0.074mm。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器

TC-201型布氏粘度計(jì)、XZD-3型全量程界面-張力／接觸角測(cè)量?jī)x、HJ-6型多頭磁力攪拌器、高頻脈沖原油電脫水裝置、標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩和電子天平等。

2結(jié)果分析

2.1表面活性劑濃度對(duì)復(fù)合體系粘度性質(zhì)影響

表面活性劑濃度對(duì)粘度影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1、2，其中聚合物的濃度為1200mg／L，表面活性劑和碳酸鈉的濃度見(jiàn)圖1、2。

從圖1中可以看出，對(duì)于3表面活性劑，其濃度愈高，三元復(fù)合體系粘度愈低。從圖2中可以看出，在相同的堿濃度條件下，三元復(fù)合體系溶液的黏度隨表面活性劑的濃度增加而逐漸升高。其原因在于，表面活性劑分子與聚合物分子形成絡(luò)合結(jié)構(gòu)，這就相當(dāng)于增加了聚合物分子的分子量，進(jìn)而增加了三元復(fù)合體系溶液的粘度。在相同表面活性劑濃度條件下，三元復(fù)合體系溶液的粘度隨堿濃度的增加而逐漸降低，這是由于堿的加入使得三元復(fù)合體系溶液的礦化度升高，聚合物分子發(fā)生卷曲收縮，礦化度越高(即堿濃度越高)，聚合物分子卷曲收縮越嚴(yán)重，三元復(fù)合體系溶液粘度也就越低。

2.2堿濃度對(duì)復(fù)合體系粘度性質(zhì)影響

配制4種不同堿濃度的三元復(fù)合體系，評(píng)價(jià)堿對(duì)三元復(fù)合體系粘度性質(zhì)影響。其中聚合物濃度為1200 mg／L，表面活性劑(3)濃度為0.3％，堿濃度分別為0.3％、0.6％、0.9％和1.2％，粘度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3。

三元復(fù)合體系溶液粘度隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低，從第1-5 d，溶液粘度略有升高，但第5～30d，溶液粘度逐漸降低，降低趨勢(shì)較為平緩。隨著堿濃度的降低，三元復(fù)合體系溶液粘度逐漸升高。原因在于，堿的加入使得三元復(fù)合體系溶液的礦化度升高，聚合物分子鏈發(fā)生卷曲收縮，礦化度越高，聚合物分子鏈卷曲收縮越嚴(yán)重，宏觀上表現(xiàn)為三元復(fù)合體系溶液粘度降低程度就越大。

2.3堿和表面活性劑濃度對(duì)界面張力影響

堿和表面活性劑濃度對(duì)界面張力影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。其中表面活性劑類型為3，聚合物類型為D2，其濃度為1200 mg／L。

堿和表面活性劑濃度對(duì)三元復(fù)合體系與原油間界面張力存在一定影響。在表面活性劑濃度一定條件下，堿濃度愈高，界面張力愈低。這是由于，一方面堿作為一種“鹽”迫使更多的表面活性劑分子進(jìn)入油一水界面，從而增加界面層中表面活性劑濃度，另一方面堿能與原油中的有機(jī)酸反應(yīng)，生成成膜物質(zhì)(表面活性劑分子層)，進(jìn)一步增加了界面上的成膜物質(zhì)濃度。而在堿濃度一定條件下，表面活性劑濃度愈高，界面張力愈低。

2.4聚合物分子對(duì)復(fù)合體系界面張力影響

聚合物對(duì)復(fù)合體系界面張力影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。復(fù)合體系溶液中堿濃度為0.4％，表面活性劑類型為3^#，聚合物類型為D2，其濃度為1200mg／L。

聚合物對(duì)復(fù)合體系界面張力存在不利影響，添加聚合物后復(fù)合體系界面張力升高。主要原因在于，聚合物在生產(chǎn)過(guò)程中，為了滿足某種特殊要求，加入了添加劑，如交聯(lián)劑、柔性轉(zhuǎn)向劑等，破壞了表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)，部分抑制或降低了表面活性劑的表面活性，使界面張力值升高，而聚合物分子鏈本身對(duì)界面張力是沒(méi)有影響的。

2.5吸附損失對(duì)復(fù)合體系性質(zhì)影響

為研究三元復(fù)合體系中表面活性劑在天然油砂上的吸附特性，測(cè)定了不同固液比、不同粒徑的天然油砂在不同類型的表面活性劑上的界面張力值，來(lái)確定表面活性劑的相對(duì)吸附損失。三元復(fù)合體系溶液的組成均為聚合物1 200 m∥L+碳酸鈉0.4％+表面活性劑0.2％，其中粒徑為“0”的溶液表示溶液中不含天然油砂，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6～8。

由于不同類型的表面活性劑對(duì)天然油砂的吸附能力不同，以及天然油砂及其液固比對(duì)三元復(fù)合體系降低界面張力能力存在影響。液固比愈大，三元復(fù)合體系降低界面張力能力愈小。相對(duì)于4^#和7^#表面活性劑，3^#羧酸鹽類表面活性劑受油砂吸附作用影響程度小，吸附后界面張力仍然可以保持超低界面張力。說(shuō)明羧酸鹽類表面活性劑在天然油砂上的吸附較少。

3結(jié)論

(1)表面活性劑分子與聚合物分子鏈形成絡(luò)合結(jié)構(gòu)，對(duì)三元復(fù)合體系溶液具有增粘作用。

(2)在表面活性劑濃度一定條件下，堿濃度愈

高，界面張力愈低；在堿濃度一定條件下，表面活性劑濃度愈高，界面張力愈低。

(3)堿的加入有利于超低界面張力的形成，但卻降低了三元復(fù)合體系溶液的粘度。

(4)聚合物中添加劑對(duì)界面張力影響存在不利影響，使三元復(fù)合體系的界面張力升高，而聚合物分子鏈本身對(duì)界面張力沒(méi)有影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖廣志，楊振宇，劉奕，等，三元復(fù)合驅(qū)中超低界面張力影響因素研究[J]，大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)。2001，20(1)：40—42.

[2]孫煥泉，勝利油田三次采油技術(shù)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)[J]，石油勘探與開(kāi)發(fā)，2006，15(3)：23—27.

[3]李華斌，陳中華，界面張力特征對(duì)三元復(fù)合驅(qū)油效率影響的實(shí)驗(yàn)研究[J]，石油學(xué)報(bào)，2006，27(5)：96～98.

[4]黃宏度，吳一慧，王尤富，等，石油羧酸鹽和磺酸鹽復(fù)配體系的界面活性[J]，油田化學(xué),2000，17(1)：69～7z

[5]盧祥國(guó)，胡勇，宋吉水，等，聚合物凝膠分子結(jié)構(gòu)及其識(shí)別方法[J]，石油學(xué)報(bào)，2005，26(4)：73—76.

[6]廖廣志，楊振宇，劉奕，三元復(fù)合驅(qū)中超低界面張力影響因素研究[J]，大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2001，20(1)：40—42.

[7]王景良，三元復(fù)合驅(qū)用石油磺酸鹽表面活性劑的研究進(jìn)展[J]，國(guó)外油田工程，2000，(12)：1～5，

[8]崔正剛，等，重烷基苯磺酸鹽／堿／原油體系的界面張[J]，油田化學(xué)，1999，16(2)：153—157.

[9]鄒文華，崔正剛，張?zhí)炝?，重烷基苯磺酸鹽驅(qū)油劑中試產(chǎn)品的應(yīng)用性能[J]，日用化學(xué)工業(yè),2002，32(6)：16～19，

[10]趙立艷，樊西驚，表面活性劑驅(qū)油體系的新發(fā)展[J]，西安石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，15(2)：55—58

[11]王業(yè)飛，焦翠，趙福麟，羧甲基化的非離子型表面活性劑與石油磺酸鹽的復(fù)配試驗(yàn)[J]，石油大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，20(4)：52—55.

[12]Zhang Ke，LU Xiangguo，Effect 0fCross LinkingAgent onAlkall／Surfactant／P0lymer[J]，Chinese Joumal 0f Chem-istry，2008，26(1)：193-l97.