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(xiàn)，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(xiàn)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)诒瘟擞行щ姾?，使陰離子的排斥作用減弱，分子鏈的蜷曲作用增強(qiáng)，使線(xiàn)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?；旌先芤杭尤敫邼舛鹊柠}就變?yōu)榕ｎD流體，剪切應(yīng)力與速率基本呈線(xiàn)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(xiàn)，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(xiàn)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.

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[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.