三元復(fù)合驅(qū)油體系靜態(tài)吸附規(guī)律研究

張雷，吳文祥

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三元復(fù)合驅(qū)油體系靜態(tài)吸附規(guī)律研究

張雷，吳文祥

（東北石油大學(xué)，黑龍江大慶163318）

為了三元復(fù)合驅(qū)油體系靜態(tài)吸附規(guī)律研究，通過物理模擬實驗，分別使用單一組分的聚合物和單一組分的堿，堿和聚合物、表活劑和聚合物二元復(fù)合體系以及三元復(fù)合體系進(jìn)行對比實驗。研究結(jié)果表明：隨著聚合物相對分子質(zhì)量增大，其吸附能力增強，對表活劑的吸附影響也隨之加大，表面活性劑的吸附量呈現(xiàn)先迅速增加，達(dá)到峰值后緩慢下降并趨于穩(wěn)定的規(guī)律。堿和聚合物二元復(fù)合體系主要表現(xiàn)為聚合物的吸附和與大量堿發(fā)生水解反應(yīng)。而在三元復(fù)合體系中，表活劑對聚合物的吸附量影響較小，聚合物與大量堿發(fā)生水解作用仍然起主導(dǎo)作用。

三元復(fù)合體系；聚合物；堿；表面活性劑；靜態(tài)吸附

隨著三元復(fù)合體系在大慶油田進(jìn)行了廣泛應(yīng)用，三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)也已經(jīng)非常的成熟。大量學(xué)者對表面活性劑驅(qū)，聚合物驅(qū)，以及無堿二元復(fù)合驅(qū)進(jìn)行了大量實驗，發(fā)現(xiàn)各個驅(qū)油技術(shù)的特性，繼而提出了三元復(fù)合體系，充分運用堿、表面活性劑、聚合物特性，發(fā)揮它們之間協(xié)同作用，從而提高采收率[1-3]。因為三元復(fù)合體系中各組分間的相互作用較為復(fù)雜，為了得到各組分在油砂中吸附情況，所以本文對聚合物、堿、表面活性劑兩兩復(fù)配以及三者復(fù)配進(jìn)行靜態(tài)吸附實驗，測得實驗數(shù)據(jù)并且繪制吸附等溫線，淺析吸附規(guī)律。

1 實驗條件

1.1 實驗材料

（1）聚合物：相對分子質(zhì)量分別為 900×104、 1 400×104、2 500×104；

（2）表面活性劑：兩性離子表面活性劑；

（3）堿：氫氧化鈉；

（4）油砂：人工巖心研碎待用，粒徑尺寸 80 目~100 目；

（5）實驗用水：油田模擬地層水，礦化度3700 mg/L。

1.2 實驗步驟

首先配置實驗所需的目的溶液，并記錄其初始濃度1。按照比例將油砂與目的溶液混合、振蕩、靜置。然后將實驗溶液進(jìn)行離心，靜止后取上層清夜并測定，記錄其濃度為，更換目的溶液并重復(fù)上述步驟，通過下列公式可得目的溶液在油砂上的吸附量。

式中：1—目的溶液初始濃度;

—目的溶液平衡濃度;

—目的溶液體積,mL;

—油砂質(zhì)量,g;

2 實驗結(jié)果分析

2.1 聚合物對表面活性劑的靜態(tài)吸附影響

為了研究聚合物對表面活性劑的靜態(tài)吸附影響，實驗選取聚合物相對分子質(zhì)量900×104、1 400×104、2 500×104，聚合物濃度為1 000 mg/L,通過改變表面活性劑的濃度，得到表活劑的平衡吸附量，并繪制成等溫吸附曲線圖1。

圖1 聚合物對表活劑靜態(tài)吸附等溫曲線

由圖1可知，表活劑濃度小于0.10%時，隨著表活劑濃度的增加，表活劑的吸附量也隨之增加，而當(dāng)表活劑濃度大于0.10%時，隨著表活劑濃度的增加，表活劑的吸附量趨于穩(wěn)定。

實驗結(jié)果表明：當(dāng)表活劑處于低濃度時，表活劑多以單個分子吸附在油砂上，而隨著表活劑的濃度不斷增加，在濃度0.10%時吸附量達(dá)到峰值。隨之出現(xiàn)小幅下滑，主要因為隨著濃度的增加，表活劑分子之間存在競爭關(guān)系，表活劑分子吸附能力強搶占了原有分子的吸附位，同時分子之間存在斥力，使得一部分表活劑從油砂上脫落[4,5]。油砂中的吸附位處于最大值后，表活劑的吸附量也趨于穩(wěn)定。表活劑中添加聚合物，部分聚合物搶占了油砂中部分的吸附位置，使得表活劑的吸附量減少。并且隨著聚合物相對分子質(zhì)量的增加，與油砂的吸附能力越強，所以呈現(xiàn)出2 500×104的聚合物對應(yīng)的表活劑吸附量最小。

2.2 表面活性劑對堿的靜態(tài)吸附影響

本文研究表面活性劑對堿的靜態(tài)吸附影響，通過氫氧化鈉溶液中是否添加表活劑進(jìn)行對比實驗，選用表活劑的濃度為0.50%。隨著氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，測得氫氧化鈉吸附量并繪制等溫吸附曲線圖2。

由圖2可知，單一成分氫氧化鈉呈現(xiàn)出吸附量急劇增加，但隨著氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.80%時，其吸附量趨于穩(wěn)定。當(dāng)氫氧化鈉溶液中添加表活劑后，氫氧化鈉吸附量明顯少于單一組分，并且呈現(xiàn)出先急劇增加，后趨于穩(wěn)定。

圖2 表面活性劑對堿的靜態(tài)吸附等溫曲線

實驗結(jié)果表明：當(dāng)無表活劑的氫氧化鈉溶液中，隨著其質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷增加，大量的氫氧化鈉占據(jù)了吸附位，所以出現(xiàn)其吸附量急劇增加；由于吸附能力限制，氫氧化鈉吸附量增加緩慢，并慢慢的趨向飽和。當(dāng)氫氧化鈉溶液中添加表活劑，表活劑與堿存在相互競爭，部分表活劑搶占了吸附位，所以使得氫氧化鈉吸附量減少，但隨著其質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，氫氧化鈉分子吸附能力增強，搶占更多的吸附位，吸附量也明顯增加[6]。

2.3 堿對聚合物的靜態(tài)吸附影響

為了研究堿對聚合物的靜態(tài)吸附影響，實驗選取聚合物相對分子質(zhì)量為1 400×104，選用氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.50%，分別對聚合物中是否添加堿進(jìn)行對比實驗，通過改變聚合物濃度，測得聚合物的吸附量并繪制等溫吸附曲線圖3。

圖3 表面活性劑對堿的靜態(tài)吸附等溫曲線

由圖3知，單一聚合物吸附等溫曲線呈線性增加，到達(dá)某一數(shù)值后曲線變平緩，添加堿的聚合物溶液吸附等溫曲線則呈現(xiàn)出線性增加。

實驗結(jié)果表明：當(dāng)單一的聚合物溶液，聚合物質(zhì)量濃度處于較低時，聚合物分子以單個分子吸附在油砂上，由于分子間作用力，在油砂表面形成一層薄膜[7]。隨著聚合物質(zhì)量濃度的增加，更多的聚合物分子搶占吸附位，呈線性增加；當(dāng)聚合物濃度達(dá)到一定值，溶液中聚合物分子密度增加，由于分子間作用力，部分聚合物分子吸附在一起，此時聚合物分子在油砂表面形成多層吸附，且聚合物在油砂表面吸附趨于飽和狀態(tài)，呈現(xiàn)出吸附量穩(wěn)定或者緩慢增加。當(dāng)聚合物溶液中添加堿，吸附等溫曲線則呈現(xiàn)出線性增加，其主要原因是聚合物不僅僅與油砂產(chǎn)生吸附作用，而且堿和聚合物發(fā)生水解反應(yīng)，水解作用起主導(dǎo)作用[8,9]。

2.4 三元復(fù)合體系的靜態(tài)吸附影響

為了研究三元復(fù)合體系的靜態(tài)吸附規(guī)律，實驗選取實驗選用聚合物相對分子質(zhì)量為1 400×104，氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.50%，表活劑的濃度為0.50%。分為進(jìn)行單一組分聚合物、添加堿和添加表活劑二元復(fù)合體系以及三元復(fù)合體系的實驗，測得數(shù)據(jù)并繪制吸附等溫曲線圖4。

圖4 三元復(fù)合體系的靜態(tài)吸附曲線

實驗結(jié)果表明：聚合物溶液中是否添加表活劑，對聚合物吸附的影響比較小，并且隨著聚合物的濃度不斷增加，表活劑的影響也隨之降低。在聚合物溶液中加入堿與三元復(fù)合體系進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)表活劑對聚合物的吸附量同樣較小，聚合物的消耗主要是因為聚合物的吸附，還有和與堿發(fā)生的水解反應(yīng)[10-12]。

3 結(jié)論

（1）表面活性劑的吸附量呈現(xiàn)先迅速增加，達(dá)到峰值后緩慢下降并趨于穩(wěn)定的規(guī)律，隨著聚合物的相對分子質(zhì)量增大，對表活劑的吸附影響也隨之加大。

（2）堿單一組分和堿溶液中添加表活劑的二元復(fù)合體系，堿的吸附量呈線性增加，并且隨著堿濃度的不斷增加，表活劑對其影響也較小，堿起主導(dǎo)作用。

（3）在聚合物溶液中添加堿后，呈現(xiàn)出聚合物的大量消耗，主要體現(xiàn)在堿與聚合物發(fā)生水解反應(yīng)。

（4）在三元復(fù)合體系中，表活劑的吸附能力弱，堿和聚合物站主導(dǎo)地位，這樣有效的降低表活劑的損耗，加大了三元復(fù)合體系的驅(qū)油效率。

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Study on the Static Adsorption Law of ASP Flooding System

，

（Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318, China）

In order to research the static adsorption law of ASP flooding system, by using physical simulation experiments,theflooding systems with single polymer, single alkali, the binary compound system of alkali and polymer or surfactant and polymer as well as the ASP system were compared. The results showed that, with the increase of the polymer molecular mass, its adsorption ability enhanced, the adsorption impact to surfactants also increased; the adsorption quantity of surfactants rapidly increased at the beginning, after the peak value, the adsorption quantity declined gradually and then tended to be stable. Alkali and polymer binary compound system mainly showed polymer adsorption and the hydrolysis reaction between polymer and a large amount of alkali. While, in the ASP system, the impact of surfactant on polymer adsorption quantity was small, the hydrolysis reaction between polymer and a large amount of alkali still played a key role.

ASP (alkali-surfactant-polymer) system; Polymer; Alkali; Surfactant; Static adsorption

TE 357

A

1671-0460（2017）06-1089-03

2017-03-10

張雷（1991-），男，黑龍江省牡丹江市人，研究生在讀，研究方向：提高采收率原理與技術(shù)。E-mail：727998159@qq.com。