二元復(fù)合驅(qū)油體系靜態(tài)吸附規(guī)律研究

張 棟，吳文祥

（東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點實驗室，黑龍江 大慶 163318）

二元復(fù)合驅(qū)油體系靜態(tài)吸附規(guī)律研究

張 棟，吳文祥

（東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點實驗室，黑龍江 大慶 163318）

為了揭示無堿二元復(fù)合體系在地層滲流過程中界面張力及體系粘度的變化情況，首先需要對二元復(fù)合體系在地層中的吸附規(guī)律進行研究。結(jié)合大慶油田儲層的實際開發(fā)條件在室內(nèi)模擬其油藏溫度、地下水礦化度，并通過天然巖心制成油砂測定復(fù)合體系吸附量。研究結(jié)果表明：單獨聚合物體系，當(dāng)濃度低于1 000 mg/L時聚合物的吸附量與其濃度成線性遞增規(guī)律，后隨濃度的增加呈平緩變化；單獨表面活性劑體系，當(dāng)濃度低于臨界膠束濃度（CMC值）吸附量線性增加至峰值，后呈小幅度降低最終至平緩。由于聚/表二元復(fù)合驅(qū)油體系中聚合物的加入，在競爭吸附中可以減少了表面活性劑的吸附量。

二元復(fù)合體系；靜態(tài)吸附；吸附量

隨著無堿二元復(fù)合體系在油田大規(guī)模推廣，大量學(xué)者對單獨聚合物及表面活性劑的吸附規(guī)律已有了大量研究[1-4]。前自此國內(nèi)外大量文獻發(fā)表了有關(guān)于此的優(yōu)秀成果已經(jīng)滿足此理論[5]。由于復(fù)合體系中各組分間的相互作用比單一組分更加復(fù)雜，為了進一步揭示復(fù)合體系各組分在地層空隙間的吸附程度對其驅(qū)油效率的影響程度，本文通過對二元復(fù)合體系在大慶天然油砂上的吸附實驗對其吸附規(guī)律進行表征。測定了二元復(fù)合體系中聚合物、表活劑在單獨及復(fù)配兩種情態(tài)下的吸附量，依據(jù)靜態(tài)吸附數(shù)據(jù)繪制了吸附等溫線揭示吸附規(guī)律。

1 實驗條件

1.1 實驗材料

表面活性劑：甜菜堿表面活性劑，有效含量30%； 聚合物：相對分子質(zhì)量分別為900×104、 1 900×104、、2 500×104，固含量均為90%；實驗用水：大慶油田模擬地層水，礦化度3 700 mg/L；實驗用油砂：大慶油田取芯井取芯后研碎待用，粒徑尺寸100目～200目； 各種有機試劑：淀粉，碘化鎘等。

1.2 實驗步驟

按設(shè)計質(zhì)量濃度配制目的液并測定溶液中各組分初始濃度記為c0，將油砂與目的液按照固液比1∶3混合，密封后振蕩。后將得到的油砂與復(fù)合體系形成的渾濁液進行離心，靜止后取上層清液并測定其平衡濃度記為 c。按照下述公式計算不同目的液在天然油砂上的吸附量，并更換其他目的液重復(fù)上述實驗步驟：

式中： V—— 目的溶液體積,mL;

w——油砂質(zhì)量,g;

c0——目的液起始濃度;

c——目的液平衡濃度。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 聚合物單一組分的靜態(tài)吸附規(guī)律

為了研究研究聚合物的等溫吸附規(guī)律，本文采用相對分子質(zhì)量分別為900×104、1 900×104、2 500×104的聚合物，通過改變聚合物濃度分別為300、800、1 000、1 500、2 000 mg/L。分別將三種聚合物在不同濃度下的吸附量繪制成等溫吸附曲線，如圖1、2、3所示。

圖1 相對分子質(zhì)量900×104聚合物吸附等溫線Fig.1 Adsorption isotherm of polymer with relative molecular mass 900×104

由圖1至圖3分別表征了900×104、1 900×× 104、2 500×104三種相對分子質(zhì)量聚合物三的等溫吸附曲線。實驗結(jié)果表明：在聚合物質(zhì)量濃度含量較低的情況下，聚合物的吸附量隨著聚合物質(zhì)量濃度的增加而增大，呈現(xiàn)出線性增加規(guī)律。吸附量增加到某一數(shù)值后，呈現(xiàn)平緩趨勢，表現(xiàn)出吸附量對濃度變化出現(xiàn)一個拐點，三種相對分子質(zhì)量的聚合物拐點均出現(xiàn)在質(zhì)量濃度為1 000 mg/L附近。對于相對分子質(zhì)量900×104聚合物，拐點處平衡吸附量為0.37 mg/g；相對分子質(zhì)量1 900×104聚合物，拐點處平衡吸附量為0.48 mg/g；相對分子質(zhì)量2 500 ×104聚合物，拐點處平衡吸附量為0.52 mg/g。吸附量隨著濃度增加出現(xiàn)平緩拐點的原因是聚合物質(zhì)量濃度在較低的情況下溶液中聚合物分子含量較低與油砂接觸的幾率也較低，此時聚合物分子間內(nèi)部的締合作用使其在油砂上的吸附表現(xiàn)為單層吸附[6,7]；當(dāng)聚合物濃度進一步提高，溶液中所含聚合物分子密度增加大大提高了分子間的締合數(shù)目，聚合物分子再油砂表面形成多層吸附。而當(dāng)進一步提高聚合物濃度時，這種多層吸附趨于飽和，表現(xiàn)出吸附量不在增加或是緩慢增加。

圖2 相對分子質(zhì)量1 400×104聚合物吸附等溫線Fig.2 Adsorption isotherm of polymer with relative molecular mass 1 400×104

圖3 相對分子質(zhì)量2 500×104聚合物吸附等溫線Fig.3 Adsorption isotherm of polymer with relative molecular mass 2 500×104

2.2 表面活性劑單一組分的的靜態(tài)吸附規(guī)律

研究表面活性劑單一組分在天然油砂上的等溫吸附規(guī)律，本文在通過改變?nèi)芤褐斜砻婊钚詣┑臐舛葹?.03%、0.05%、0.07%、0.08%、0.09%、0.1%、0.2%、0. 3%，將不同表面活性劑濃度下的吸附量繪制成等溫吸附曲線，如圖4所示。

圖4 不同濃度下表面活性劑吸附等溫線Fig.4 Surfactant adsorption isotherms at different concentrations

實驗結(jié)果表明：圖4所示的表面活性劑等溫吸附曲線呈三個階段。首先，當(dāng)溶液中表面活性劑分子含量較低時，吸附量隨著其質(zhì)量含量增加而迅速增加至峰值[8]。其次，當(dāng)吸附量達到峰值后隨著活性劑質(zhì)量濃度的進一步增加吸附量出現(xiàn)小幅度降低現(xiàn)象。最后階段，活性劑吸附量不隨濃度的增加而發(fā)生變化，呈現(xiàn)出吸附平衡趨勢。產(chǎn)生上述吸附規(guī)律的主要原因是在較低質(zhì)量濃度條件下，以單分子狀態(tài)存在于溶液中的活性劑分子以單層吸附為主，當(dāng)溶液中活性劑的質(zhì)量濃度達到臨界膠束濃度時吸附量達到峰值。此時。進一步提高溶液中活性劑的質(zhì)量濃度，活性劑分子間的競爭吸附作用以及膠束間的相互排斥力均不利于活性劑分子在油砂上的吸附，導(dǎo)致吸附量反而出現(xiàn)小幅度下降的結(jié)果。最終溶液中分子間的力達到一個平衡值，此時吸附量不在隨質(zhì)量濃度的增加而增大[9]。

2.3 二元復(fù)合體系的靜態(tài)吸附規(guī)律

為了研究復(fù)合體系中聚合物對表面活性劑的等溫吸附影響規(guī)律，本文采用添加相對分子質(zhì)量 900 ×104聚合物、濃度1 000 mg/，將不同濃度下表面活性劑及二元復(fù)合體系的吸附量繪制等溫吸附曲線進行對比分析，如圖5所示。

圖5 不同濃度下二元復(fù)合體系吸附等溫線Fig.5 SP system adsorption isotherms at different concentrations

實驗得出的吸附規(guī)律表明：由于聚合物的加入復(fù)合體系中表面活性劑在吸附量降低。這主要是因為聚合物在水溶液中呈現(xiàn)出負(fù)電離子，而粘土表面含正電，由于異電相吸的作用在競爭吸附中聚合物首先在油砂表面占據(jù)了吸附位，這一情況就大大減小了表面活性劑在油砂表面上的吸附機會。同時，含油聚合物的復(fù)合體系是一種粘彈特性的溶液，降低了表面活性劑分子在溶液中的運移速度，降低了其與油砂接觸的機會。綜上原因，聚合物可降低表面活性劑在油砂表面的吸附量。

3 結(jié) 論

（1）相對分子質(zhì)量分別為900×104、1 900× 104、2 500×104的聚合物，低濃度是吸附量與其質(zhì)量濃度成正比例，當(dāng)聚合物濃度達到1 000 mg/L時出現(xiàn)拐點后呈平緩趨勢；

（2）表面活性劑的吸附量隨濃度的增加呈現(xiàn)出迅速上升、小幅度回落至平穩(wěn)趨勢三個階段；

（3）在競爭吸附過程中，聚合物降低了二元復(fù)合體系中表面活性劑的吸附量。

［1］ 胡博仲．聚合物驅(qū)采油工程[M].北京：石油工業(yè)出版社，1997．

［2］ 劉莉平，楊建軍．聚/表二元復(fù)合驅(qū)油體系性能研究[J]. 斷塊油氣田，2004，11(4)：44-45．

［3］ 李政．表面活性劑在強化采油中的應(yīng)用[J]. 精細(xì)化工，1994，11(5)：4-7．

［4］ 李慶瑩，李之平，謝天英. 表面活性劑驅(qū)油體系：中國專利，86107891[P].1987-05-20.

［5］ 牟伯中，羅平亞．聚合物在固/液界面的吸附形態(tài)及形態(tài)參數(shù)的實驗側(cè)定方法[J]. 油田化學(xué)，1999，16(1)：91-97．

［6］ 劉歆，周鳳軍，張迎春．正交設(shè)計在聚合物/表面活性劑復(fù)合驅(qū)參數(shù)設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 復(fù)雜油氣藏，2012，5(1)：83-865

［7］ 李書瑜．超低界面張力表活劑體系降低注水壓力研究[J]. 復(fù)雜油氣藏，2013，6(2)：53-56．

［8］ 崔正剛，劉世霞，何江蓮．重烷基苯磺酸鹽在大慶油砂上的靜態(tài)吸附損失研究[J]. 油田化學(xué)，2000（04）：359-363．

［9］ 毛志宏，李干佐，徐桂英．天然混合梭酸(鹽)復(fù)合驅(qū)油體系靜態(tài)吸附的研[J]. 日用化學(xué)工業(yè)，1997，33（02）：9-11．

Study on the Static Adsorption Law of SP System

ZHANG Dong, WU Wen-xiang
（Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318, China）

In order to reveal the change law of interfacial tension and viscosity in the seepage flow process of two element compound system in the formation, the adsorption regularity of the SP system was studied. Combined with the actual development conditions of Daqing oil field, reservoir temperature, groundwater salinity and natural oil sand were simulated to determine the adsorption capacity of composite system. The results show that: for single polymer system, the adsorption capacity of the polymer is linear with the concentration when the concentration is lower than of 1 000 mg/L,then the change is mild with the concentration increasing; for single surfactant system, when the concentration is lower than the critical micelle concentration (CMC), the adsorption capacity of the surfactant system linearly increases to a peak value, and then decreases to a moderate extent. Due to the polymer adding in polymer / surfactant binary combination flooding oil system, the competitive adsorption action can reduce the adsorption quantity of surface active agent.

SP system; Static adsorption; Adsorption capacity

TE 357

A

1671-0460（2015）09-2078-03

國家重大專項課題“油田開采后期提高采收率新技術(shù)”(2011ZX05009-004)。

2015-08-10

張棟（1988-），男，黑龍江大慶人，博士生在讀，研究方向為化學(xué)驅(qū)提高采收率。E-mail：zhangdong084@163.com。