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        表面活性劑對(duì)聚合物溶液流變性的影響

        2014-04-03 02:02:04郭淑鳳
        精細(xì)石油化工進(jìn)展 2014年2期
        關(guān)鍵詞:剪切應(yīng)力表觀活性劑

        郭淑鳳

        (中國(guó)石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院,山東東營(yíng) 257015)

        聚-表二元驅(qū)技術(shù)逐漸成為化學(xué)驅(qū)提高采收率研究的新的重點(diǎn)。因此,聚-表二元體系的性能研究即聚表之間的相互作用成為聚表二元驅(qū)研究中需解決的技術(shù)關(guān)鍵之一。然而在聚-表二元體系中,由于表面活性劑分子會(huì)與聚合物分子結(jié)合而形成表面活性劑-聚合物的聚集體復(fù)合物[1-2],改變高分子鏈的靜電作用,引起高分子鏈的舒展和蜷曲;而高分子也影響表面活性劑的物理化學(xué)性質(zhì),如表面張力、黏度、電導(dǎo)率、臨界膠束濃度和聚集數(shù)等物理參數(shù),導(dǎo)致其相互作用的機(jī)制異常復(fù)雜,因此人們對(duì)此進(jìn)行了大量的研究工作[3-6],但針對(duì)油田常用的表面活性劑的濃度和鹽度對(duì)聚合物的影響報(bào)道很少。筆者針對(duì)油田常用的4種表面活性劑對(duì)聚丙烯酰胺溶液流變性的影響進(jìn)行了研究,以期指導(dǎo)二元復(fù)合驅(qū)配方設(shè)計(jì)。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 儀器與原料

        Brookfield DV-Ⅱ+可編程控制式黏度計(jì),美國(guó);LV型0#轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子外套筒包著一層水浴保溫夾層,外接恒溫循環(huán)水,恒溫水浴和循環(huán)泵。

        十二烷基苯磺酸鈉(SDBS),化學(xué)純,含量不少于83%,北京化學(xué)試劑公司;石油磺酸鹽(PS),由勝利油田石油磺酸鹽中除去原油后得到;蒸餾水;聚丙烯酰胺(HPAM),特性黏度為2 822 mL/g, 水解度為24.4%, 山東東營(yíng)長(zhǎng)安化工集團(tuán)生產(chǎn);聚氧乙烯(9)月桂醇醚(AEO-9),化學(xué)純,國(guó)藥化劑;TW-80,化學(xué)純,浙江龍游化工試劑廠。

        1.2 實(shí)驗(yàn)方法

        溶液配制:分別配制SDBS、PS、AEO-9不同濃度的水溶液,再與同等體積HPAM水溶液混合均勻,放置過(guò)夜。測(cè)定前需再穩(wěn)定10 min。

        流變性測(cè)定:利用Brookfield DV-Ⅱ+可編程控制式黏度計(jì)測(cè)定,各溶液需在水浴中恒溫至少0.5 h,等數(shù)值穩(wěn)定后再記錄。測(cè)定溫度30 ℃,實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 表面活性劑濃度對(duì)聚合物溶液流變性能的影響

        固定HPAM的濃度為500 mg/L,增加表面活性劑的濃度考察其對(duì)流變性的影響,結(jié)果見(jiàn)圖1~圖8。

        圖1 SDBS濃度對(duì)HPAM溶液表觀黏度的影響

        圖2 SDBS濃度對(duì)HPAM溶液剪切應(yīng)力的影響

        圖3 PS濃度對(duì)HPAM溶液表觀黏度的影響

        圖4 PS濃度對(duì)HPAM溶液剪切應(yīng)力的影響

        圖5 TW-80濃度對(duì)HPAM溶液表觀黏度的影響

        圖6 TW-80濃度對(duì)HPAM溶液剪切應(yīng)力的影響

        圖7 AEO-9濃度對(duì)HPAM溶液表觀黏度的影響

        圖8 AEO-9濃度對(duì)HPAM溶液剪切應(yīng)力的影響

        從圖1~圖2可以看出,在加入SDBS的溶液中,隨著剪切速率的增加,聚合物溶液的表觀黏度迅速降低,呈現(xiàn)剪切稀化現(xiàn)象,之后趨于平緩;剪切應(yīng)力隨剪切速率的增加而升高,且呈現(xiàn)出過(guò)原點(diǎn)的凸向曲線,說(shuō)明溶液是假塑性流體;表面活性劑的加入降低了表觀黏度,并使剪切應(yīng)力值相應(yīng)減??;繼續(xù)增加表面活性劑的濃度,由于更多表面活性劑分子在聚合物上的聚集,電性斥力增大使分子間摩擦力減小,而且聚合物鏈與溶液的接觸面積減小,也降低聚合物與水溶液之間的摩擦力,導(dǎo)致表觀黏度的下降,越接近牛頓流體。

        從圖3~圖6可以看出,在PS和TW-80的溶液中,聚合物溶液的表觀黏度隨濃度的增加也迅速降低,剪切應(yīng)力隨剪切速率的增加而升高。

        從圖7~圖8中可以看出,隨著剪切速率的增加,對(duì)于AEO-9有些不同,混合溶液的表觀黏度及剪切應(yīng)力值反而高于初始溶液(聚合物溶液中無(wú)表面活性劑),隨著剪切速率的增加,其表觀黏度呈現(xiàn)出與空白溶液相似的趨勢(shì),應(yīng)力值也變化不多。原因是AEO-9是非離子表面活性劑,在水中不能夠電離,實(shí)驗(yàn)所用的試劑中含雜質(zhì)較少,所以對(duì)聚合物溶液的流變性影響不是很大。

        2.2 鹽度對(duì)聚合物溶液流變性的影響

        聚合物溶液中加入不同濃度的NaCl后其流變性能的變化見(jiàn)圖9。表觀黏度隨著鹽度的增大而降低,原因是在HPAM水溶液中,—COO-Na+基團(tuán)上的Na+發(fā)生電離,使基團(tuán)呈負(fù)電性,—COO-基團(tuán)間的相斥作用使高分子鏈的構(gòu)象比較舒展,線團(tuán)尺寸較大,因此使流動(dòng)阻力增大,黏度增大。當(dāng)溶液中加入鹽后一部分陽(yáng)離子相對(duì)集中在—COO-的周?chē)?,遮蔽了有效電荷,使陰離子的排斥作用減弱,分子鏈的蜷曲作用增強(qiáng),使線團(tuán)尺寸縮小,減少了大分子之間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),流動(dòng)阻力減小,所以黏度隨著鹽度的增大而降低。

        圖9 鹽度對(duì)HPAM溶液的流變性影響

        圖10為表面活性劑與聚合物混合溶液中分別加入1 000,10 000 mg/L NaCl后溶液流變性能的變化。混合溶液加入高濃度的鹽就變?yōu)榕nD流體,剪切應(yīng)力與速率基本呈線性關(guān)系。

        圖10 鹽度對(duì)混合溶液的流變性影響

        3 結(jié)論與建議

        1)SDBS、PS、TW-80表面活性劑和聚合物混合溶液隨著剪切速率的增加,剪切黏度大幅降低,之后趨于平緩;剪切應(yīng)力隨剪切速率的增加而升高,并且呈現(xiàn)出過(guò)原點(diǎn)的凸向曲線,說(shuō)明溶液是假塑性流體;隨著表面活性劑濃度的增加使表觀黏度降低,并使剪切應(yīng)力值相應(yīng)減小,更接近牛頓流體。但是AEO-9不同,在某些濃度下,溶液的表觀黏度及剪切應(yīng)力值反而高于初始溶液(聚合物溶液中無(wú)表活劑)。

        2)混合溶液的表觀黏度隨著鹽度的增大而降低,加入高濃度的鹽就變?yōu)榕nD流體,剪切應(yīng)力與速率基本呈線性關(guān)系。

        3)二元驅(qū)中表面活性劑與聚合物的相互作用研究可為今后復(fù)合驅(qū)配方設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo),減少工作的盲目性。

        [1]曹緒龍,蔣生詳,孫煥泉,等.聚合物與表面活性劑的相互作用[J].應(yīng)用化學(xué), 2002,19(1): 866-869.

        [2]李方.表面活性劑與聚合物間相互作用研究[D].濟(jì)南:山東大學(xué)化學(xué)院,1997.

        [3]樊明紅.表面活性劑與聚合物間相互作用的研究[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué),2004.

        [4]王紅艷.聚表二元體系的相互作用[D].成都:西南石油學(xué)院,2005.

        [5]何珩.疏水締合水溶性聚合物與表面活性劑的相互作用[D].成都:西南石油學(xué)院,2002.

        [6]郭穎.表面活性劑/聚合物超分子體系微觀結(jié)構(gòu)和相互作用研究[D].濟(jì)南:山東大學(xué),2006.

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