王楠楠

（中石油大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712）

自2005年以來，大慶油田先后在9個聚表劑驅礦場試驗，部分區(qū)塊取得了較好的開發(fā)效果。但現(xiàn)場動態(tài)反映其特征與聚合物存在較大差異，需要從溶液特性角度解釋其產(chǎn)生原因［1－4］。聚表劑屬于多功能單體復合型聚合物，也是一種高分子表面活性劑，兼具聚丙烯酰胺和表面活性劑性能的特點［5－7］。聚表劑是一種新型單一組份化學驅油劑，通過分子間相互作用，以柔性聚丙烯酰胺碳氫鏈為骨架，根據(jù)功能基團在分子內(nèi)及分子間的非鍵合作用規(guī)律，用特定功能基團在碳氫鏈上接枝共聚而形成多元接枝共聚物［8，9］。由于目前對聚表劑溶液的增黏性能的研究較少，筆者對AⅢ型和BⅢ型聚表劑與普通中分聚合物 （簡稱聚合物）的溶液的增黏性能及影響因素進行了詳細分析，以便為聚表劑產(chǎn)品在大慶油田的應用提供理論依據(jù)。

1 試驗部分

1.1 試驗藥品及儀器

1）試驗藥品 AⅢ型、BⅢ型聚表劑 （上海海博公司）；聚合物 （分子量1600萬，大慶煉化公司）；去離子水 （實驗室自制）；重烷基苯磺酸鹽 （東昊公司）；氯化鈉 （天津晶山化工公司）。

2）試驗儀器 黏度計Brookfield－Ⅱ （美國BROOKFIELD公司）；RS600旋轉流變儀 （德國HAAKE公司）。

1.2 試驗方法

1）黏度測量 在45℃條件下，用Brookfield－Ⅱ黏度計測量待測液黏度 （使用零號轉子，轉速6r／min）。

2）流變性測量 在45℃條件下，用RS600旋轉流變儀測試待測液流變性。

2 結果與分析

2.1 聚表劑的黏度

AⅢ型、BⅢ型聚表劑及聚合物的濃度與黏度關系圖如圖1所示。由圖1可知，聚表劑和聚合物均隨質量濃度增加而升高，當質量濃度大于1000mg／L時，AⅢ型聚表劑的黏度升高明顯大于其余2種，BⅢ型聚表劑的黏度大于聚合物的。在質量濃度為2000mg／L時，AⅢ型聚表劑的黏度為聚合物的5倍以上，BⅢ型聚表劑的黏度為聚合物的1.5倍以上。因此，AⅢ型聚表劑的增黏性能顯著，明顯好于BⅢ型聚表劑和聚合物的。這是由于聚表劑以聚丙烯酰胺骨架為基礎，引入不同的功能單體，這些單體引入使得聚合物分子能通過增加分子間相互作用，形成超分子結構的形式，大幅度增加聚表劑溶液的黏度性質。此外，AⅢ型、BⅢ型聚表劑黏度差別主要是由于引入的功能單體及數(shù)量不同導致的［10］。

2.2 聚表劑的流變性

流變性是指在外力場作用下，流體發(fā)生流動或形變的一種特性。AⅢ型、BⅢ型聚表劑及聚合物的流變曲線圖如圖2所示 （聚表劑和聚合物的質量濃度均為1000mg／L）。由圖2可知，在足夠小的剪切速率下，AⅢ型和BⅢ型聚表劑黏度略有升高，而后隨剪切速率增加，AⅢ型和BⅢ型聚表劑的黏度逐漸降低；當剪切速率非常高時，AⅢ型和BⅢ型聚表劑黏度較低，且變化趨于平穩(wěn)；聚合物的黏度隨剪切速率增加呈緩慢下降的趨勢?？傮w而言，AⅢ型和BⅢ型聚表劑的流變性強于聚合物，這是由于聚表劑分子中引入不同功能單體，使得分子間相互作用增強所致。AⅢ型和BⅢ型聚表劑的流變性差別主要是引入的功能單體結構和數(shù)量不同，AⅢ型聚表劑的剛性單體和帶電荷單體的數(shù)量相對BⅢ型較多，使得分子相互作用較強，具有較好的抗剪切作用，因而AⅢ型聚表劑的流變性最強。

圖1 聚表劑、聚合物濃度與黏度關系圖

圖2 聚表劑、聚合物流變曲線圖

2.3 鹽對聚表劑黏度的影響

聚表劑在油田三次采油中應用，需要與油藏流體具有很好的配伍性，因此考察聚表劑的抗鹽性能是非常必要的。不同氯化鈉質量分數(shù)下AⅢ型、BⅢ型聚表劑及聚合物的黏度曲線圖如圖3所示 （聚表劑及聚合物的質量濃度均為1000mg／L）。由圖3可知，AⅢ型聚表劑的抗鹽性能明顯好于BⅢ型聚表劑和聚合物的，且AⅢ型聚表劑的黏度隨氯化鈉質量分數(shù)增加而升高，這表明AⅢ型聚表劑抗鹽能力較強。BⅢ型聚表劑和聚合物的黏度隨氯化鈉質量分數(shù)增加而降低，但BⅢ型聚表劑的黏度略大于聚合物。具體解釋原因如下:聚合物在去離子水中，由于分子內(nèi)羧酸基的靜電排斥作用，使聚合物分子呈伸展狀態(tài)，溶液黏度很強。當氯化鈉質量分數(shù)增加時，分子內(nèi)羧鈉基的電性被屏蔽，聚合物分子呈卷曲狀態(tài)，導致其黏度降低。聚表劑分子中的功能單體具有正、負電荷基團和剛性疏水型單體，因此聚表劑具有非常好的抗鹽性能。而AⅢ型、BⅢ型聚表劑溶液黏度的差異主要是由于其功能單體的結構和數(shù)量不同所致。AⅢ型聚表劑含有相對較多剛性疏水型單體，且其陰、陽離子數(shù)量相近。當氯化鈉質量分數(shù)增加時，AⅢ型聚表劑的靜電引力被屏蔽，分子鏈舒展，流體力學體積增大，因此，AⅢ型聚表劑抗鹽性能最好。BⅢ型聚表劑的剛性疏水型單體相對AⅢ型的較少，同時功能單體引入的陰、陽離子數(shù)量相差較大，隨著氯化鈉質量分數(shù)增加，電解質屏蔽了靜電斥力，分子鏈蜷縮，流體力學體積減小，導致其黏度降低，因此BⅢ型聚表劑的抗鹽性較差，但由于其具有剛性疏水型單體，其抗鹽性能仍好于聚合物。

2.4 表面活性劑對聚表劑黏度的影響

聚表劑在三次采油應用中，根據(jù)不同需求，需要在體系中加入表面活性劑來改善溶液的界面性能，因而考察聚表劑與表面活性劑的配伍性是非常必要的。AⅢ型、BⅢ型聚表劑及聚合物溶液中加入不同質量分數(shù)的烷基苯磺酸鹽，其二元體系的黏度曲線圖如圖4所示 （聚表劑及聚合物的質量濃度為1000mg／L，氯化鈉質量分數(shù)為0.4%）。由圖4可知，聚合物的黏度不受烷基苯磺酸鹽的影響，這是由于其與烷基苯磺酸鹽分子間以范德華力相互作用，這對聚合物分子在溶液中的聚集狀態(tài)影響較小，因此，聚合物的黏度基本保持恒定。隨著烷基苯磺酸鹽質量分數(shù)的增加，AⅢ型、BⅢ型聚表劑的黏度明顯降低，而后趨于平穩(wěn)，且AⅢ型比BⅢ型聚表劑的黏度變化更加顯著。這是因為在聚表劑的疏水基團周圍，烷基苯磺酸鹽與聚表劑分子自組裝形成混合膠束，這種混合聚劑可以交聯(lián)多個聚表劑分子鏈的疏水基形成物理網(wǎng)架結構，同時烷基苯磺酸鹽改變了聚表劑功能單體的正負電荷分布。由于改變了聚表劑分子鏈的形態(tài)及流體力學體積，從而使聚表劑溶液宏觀黏性發(fā)生變化。

圖3 鹽對聚表劑、聚合物黏度影響曲線圖

圖4 表面活性劑對聚表劑、聚合物黏度的影響曲線圖

圖5 老化時間對聚表劑黏度的影響

2.5 老化時間對聚表劑黏度的影響

聚表劑在注入地下油層中需要具有長時間的穩(wěn)定性，這是聚表劑性能評價的一項重要指標。不同老化時間下，AⅢ型、BⅢ型聚表劑及聚合物的黏度曲線如圖5所示（聚表劑及聚合物的質量濃度為1000mg／L，氯化鈉質量分數(shù)為0.4%）。由圖5可知，隨老化時間增加，AⅢ型聚表劑的黏度先快速增加，在3d時達到極大值，然后緩慢降低，而BⅢ型聚表劑和聚合物的黏度隨老化時間增加快速降低，而后趨于平穩(wěn)。其原因如下:隨著老化時間延長，由于AⅢ型聚表劑的水解度不斷增大，使得陰離子數(shù)量增加，分子鏈上正負電荷基團數(shù)目出現(xiàn)不相等，分子內(nèi)相互作用減弱，分子間相互作用加強，形成區(qū)域性網(wǎng)狀分子結構。在老化一定時間后，這種結構發(fā)育達到最佳，導致Ⅲ型聚表劑黏度最大。當老化時間超過3d，AⅢ型聚表劑發(fā)生降解，黏度開始降低。同時，隨著老化時間延長，由于BⅢ型聚表劑的水解作用，使得鏈上正負電荷基團數(shù)目接近，分子內(nèi)相互作用增強，但分子間相互作用減弱，主要以局部性網(wǎng)狀結構為主，導致BⅢ型聚表劑的黏度降低。

3 結論

1）AⅢ型聚表劑的增黏性能顯著，明顯好于BⅢ型聚表劑和聚合物的；AⅢ型聚表劑的流變性強，BAⅢ型聚表劑的流變性較強，聚合物的流變性較弱。

2）AⅢ型聚表劑的抗鹽性能明顯好于BⅢ型聚表劑和聚合物；隨著表面活性劑質量分數(shù)的增加，AⅢ型、BⅢ型聚表劑的黏度明顯降低，而后趨于平穩(wěn)。隨老化時間增加，AⅢ型聚表劑的黏度先快速增加，而后緩慢降低。BⅢ型聚表劑和聚合物的黏度隨老化時間增加快速降低，而后趨于平穩(wěn)。

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