郭淑鳳

(中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營 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。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，因此人們對此進(jìn)行了大量的研究工作[3-6]，但針對油田常用的表面活性劑的濃度和鹽度對聚合物的影響報道很少。筆者針對油田常用的4種表面活性劑對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。

1　實驗部分

1.1　儀器與原料

Brookfield DV-Ⅱ+可編程控制式黏度計，美國；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%, 山東東營長安化工集團(tuán)生產(chǎn)；聚氧乙烯(9)月桂醇醚(AEO-9)，化學(xué)純，國藥化劑；TW-80，化學(xué)純，浙江龍游化工試劑廠。

1.2　實驗方法

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，放置過夜。測定前需再穩(wěn)定10 min。

流變性測定：利用Brookfield DV-Ⅱ+可編程控制式黏度計測定，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。測定溫度30 ℃，實驗用水為蒸餾水。

2　結(jié)果與討論

2.1　表面活性劑濃度對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流變性的影響，結(jié)果見圖1～圖8。

圖1　SDBS濃度對HPAM溶液表觀黏度的影響

圖2　SDBS濃度對HPAM溶液剪切應(yīng)力的影響

圖3　PS濃度對HPAM溶液表觀黏度的影響

圖4　PS濃度對HPAM溶液剪切應(yīng)力的影響

圖5　TW-80濃度對HPAM溶液表觀黏度的影響

圖6　TW-80濃度對HPAM溶液剪切應(yīng)力的影響

圖7　AEO-9濃度對HPAM溶液表觀黏度的影響

圖8　AEO-9濃度對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)出過原點的凸向曲線，說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，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，實驗所用的試劑中含雜質(zhì)較少，所以對聚合物溶液的流變性影響不是很大。

2.2　鹽度對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，因此使流動阻力增大，黏度增大。當(dāng)溶液中加入鹽后一部分陽離子相對集中在—COO-的周圍，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)，流動阻力減小，所以黏度隨著鹽度的增大而降低。

圖9　鹽度對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)力與速率基本呈線性關(guān)系。

圖10　鹽度對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)出過原點的凸向曲線，說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.