無堿二元復(fù)合體系界面張力影響因素研究

張強(qiáng) 侯岳 翁大麗 陳平

摘 要：探討了了表面活性劑濃度、聚合物濃度、溫度、二價(jià)離子、礦化度等因素對表面活性劑體系界面特性的影響。評價(jià)該新型無堿二元復(fù)合體系界面張力能夠達(dá)到10-3數(shù)量級的油藏應(yīng)用條件。研究結(jié)果表明：二元復(fù)合體系在很低的活性劑濃度（0.005%）與原油間的界面張力達(dá)到超低；聚合物濃度對二元體系與原油間的界面張力影響較大；配制二元體系用水中礦化度、二價(jià)離子對復(fù)合體系界面張力影響不大，該活性劑能夠適合于較高礦化度或者二價(jià)離子濃度含量較高的油層；溫度對二元復(fù)合體系的界面張力基本無影響，在45～80 ℃范圍區(qū)間內(nèi)均可以達(dá)到超低。

關(guān) 鍵 詞：超低界面張力；活性劑濃度；礦化度；溫度

中圖分類號：TQ 028 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）04-0690-03

Abstract： The influence of surfactant concentration， polymer concentration， temperature， divalent ions， salinity and other factors on the surfactant system interface was discussed. Application conditions of new alkali-free binary composite system with interfacial tension of 10-3 magnitude were evaluated. The results show that， the interfacial tension between crude oil and the binary composite system can reach to ultralow when the surfactant concentration is at low surfactant concentration （0.005%）. Polymer concentration has greater impact on the interfacial tension. The mineralization degree and two-valence ions have little effect on the interfacial tension of the composite system. The active agent can be adapted to the reservoir with high salinity or high concentrations of divalent ion content. Temperature has no effect on the interfacial tension， and it can reach ultra low in the range of 45～80 ℃.

Key words： Ultra low interfacial tension； Active agent concentration； Salinity； Temperature

無堿二元復(fù)合體系由于其兼具了聚合物和表面活性劑兩者的特性，依據(jù)毛管數(shù)理論該體系不但可以提高驅(qū)替相粘度還可以降低油水間的界面張力，兩者均可以提高毛管力增加原油采收率[1-4]。其中，要想使毛管數(shù)值在水驅(qū)基礎(chǔ)上再增高102～104個數(shù)量級，復(fù)合體系的界面張力值就應(yīng)降低到10-3數(shù)量級，既超低界面張力[5-7]。由于復(fù)合體系中各組分用量及油藏條件對二元體系界面張力影響較大，本文評價(jià)了這些應(yīng)先因素對二元復(fù)合體系的影響程度，對油田開展無堿二元復(fù)合驅(qū)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 界面張力的測定條件及方法

1.1 無堿二元復(fù)合體系的配制條件

實(shí)驗(yàn)用聚合物為聚丙烯酰胺，其相對分子質(zhì)量為 1 400×104，固含量均為90%；實(shí)驗(yàn)用活性劑：自主合成的活性劑YHS系列，該活性劑呈淺黃色膏狀、具有芳基烷基結(jié)構(gòu)，有效含量30%，分子量較大，克拉夫特溫度約為50 ℃；配制無堿二元復(fù)合體系用水：某油田回注污水，礦化度6 000 mg/L，其中Ca2+67.8 mg/L，Mg2+40.2 mg/L；實(shí)驗(yàn)溫度：除溫度對界面影響外其余實(shí)驗(yàn)方案溫度均為45 ℃。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

由美國德州大學(xué)儀器公司生產(chǎn)的Texas-500型旋滴界面張力儀儀測定油水界面張力。

1.3 界面張力測定方法及原理

通過界面張力測定，得到不同界面張力特征的二元復(fù)合驅(qū)油體系。

2 無堿二元復(fù)合體系界面張力影響因素評價(jià)

2.1 表面活性劑對界面張力的影響

將無堿二元復(fù)合體系的界面張力隨不同YHS濃度的變化規(guī)律繪制如圖1所示。依據(jù)圖中曲線規(guī)律可以得出，在無堿的情況下YHS二元復(fù)合體系即使在較低的活性劑用量情況下（0.005%）就可以達(dá)到超低界面張力（10-3mN/m數(shù)量級及以下）。隨著活性劑濃度的增加，界面張力變化不大，依舊可以維持在10-3mN/m數(shù)量級及以下，說明該活性劑組成的二元復(fù)合體系生超低界面張力的濃度范圍較寬。

但是，改表面活性劑與原油間的油水界面張力，依舊表現(xiàn)出了隨著活性劑濃度增加界面張力降低的特性。這還是由于活性劑分子在低濃度下呈單分子狀態(tài)分布，使得其定向的排列在油水界面上，導(dǎo)致油水界面張力值較高。但是改活性劑的有點(diǎn)在于在較低的活性劑濃度下，界面張力依舊保持在10-3mN/m數(shù)量級及以下。

2.2 聚合物對界面張力的影響

將無堿二元復(fù)合體系的界面張力隨聚合物濃度的變化規(guī)律繪制如圖2所示。

實(shí)驗(yàn)規(guī)律表明聚合物濃度對界面張力的影響較大，隨著聚合物濃度的增加界面張力升高。由于活性劑分子是小分子基團(tuán)，聚丙烯酰胺的加入，其特有的大分子基團(tuán)將會與活性劑小分子基團(tuán)爭奪界面位置，甚至對活性劑分子形成聚集體；聚丙烯酰胺的加入也會增加復(fù)合體系粘度增加了分子間擴(kuò)散的阻力，這些都導(dǎo)致了油水界面上活性劑分子的吸附量，大大影響了二元復(fù)合體系的界面張力[8-10]。

2.3 礦化度、二價(jià)離子對界面張力的影響

因?yàn)榕渲脽o堿二元復(fù)合體系的污水總還有礦物質(zhì)及金屬陽離子，這些離子對體系的界面張力影響較大。先將無堿二元復(fù)合體系的界面張力隨礦化度濃度的變化規(guī)律繪制如圖3所示，將無堿二元復(fù)合體系的界面張力隨二價(jià)離子濃度的變化規(guī)律繪制如圖4所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：YHS表面活性劑配置的二元復(fù)合體系體系隨著礦化度及二價(jià)離子濃度的影響比較小，YHS表面活性劑表現(xiàn)出較好的抗鹽特性。當(dāng)配置溶液水礦化度達(dá)到125 000 mg/L，其中水中二價(jià)離子濃度為1 500 mg/L時(shí)，二元復(fù)合體系體系與原油間的界面張力仍維持在10-3 mN/m數(shù)量級及以下。

但界面張力隨著礦化度及二價(jià)離子濃度的增加依舊發(fā)生小范圍的波動，這種影響的主演要原因是由于水中陽離子增大了表面活性劑分子向油水界面擴(kuò)散的速率并且陽離子可以進(jìn)入雙電層使界面層中活性劑分子排列更緊密。另一方面，金屬陽離子對二元體系聚合物分子發(fā)生蜷曲，間接影響二元體系界面張力。

2.4 溫度對界面張力的影響

油藏溫度是影響二元復(fù)合體系性能的一個重要因素，為了評價(jià)該二元復(fù)合體系的應(yīng)用條件，將0.01%、0.1%、0.3%三個活性劑濃度條件下的二元復(fù)合體系界面張力隨溫度的變化規(guī)律繪制如圖5。實(shí)驗(yàn)規(guī)律表明：在溫度從45 ℃升到80 ℃這一區(qū)間，YHS表面活性劑與聚合物組成的二元復(fù)合體系均能保持在超低界面張力，表明該二元復(fù)合體系具有一定的耐溫性。

該無堿二元復(fù)合體系盡管在45 ℃到80 ℃下與原油間的界面張力達(dá)到了10-3 mN/m數(shù)量級及以下。同時(shí)在45 ℃下，該表面活性劑水溶性較差，這主要是因?yàn)榛钚詣┠z團(tuán)和單個活性劑分子的混合狀態(tài)存在。所以即使較低溫度下界面張力值較低，但該種活性劑更適合于高溫油田。

3 結(jié) 論

二元復(fù)合體系在很低的活性劑濃度（0.005%）就可與原油間的界面張力達(dá)到超低。但聚合物濃度對二元體系與原油間的界面張力影響較大。而配制二元體系用水中礦化度、二價(jià)離子對復(fù)合體系界面張力影響不大。該活性劑能夠適合于較高礦化度或者二價(jià)離子濃度含量較高的油層。溫度對二元復(fù)合體系的界面張力基本無影響，在45～80 ℃范圍區(qū)間內(nèi)均可以達(dá)到超低，考慮到活性劑的溶解性，該二元復(fù)合體系更適用于高溫油田。。

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