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        疏水締合聚合物剪切降解對SZ36-1 油田采出水穩(wěn)定性影響

        2014-12-23 01:05:30肖娜林梅欽馬超
        應用化工 2014年2期
        關鍵詞:油滴油水張力

        肖娜,林梅欽,馬超

        (1.長江大學 石油工程學院,湖北 武漢 430100;2.中國石油大學提高采收率研究中心,北京 102249)

        聚丙烯酰胺及其衍生物在三次采油中發(fā)揮了重要作用[1-2]。在聚合物驅(qū)油過程中,聚合物水溶液在地下巖層中將經(jīng)歷較長時間的流動,經(jīng)受復雜作用,會產(chǎn)生不同程度的降解。關于聚丙烯酰胺及其部分水解產(chǎn)物的降解已進行了多方面研究[3-4]。但是關于疏水締合聚合物的降解以及降解后對采出液穩(wěn)定性的影響還鮮有報道。

        本文使用剪切儀將疏水締合聚合物溶液在不同轉(zhuǎn)速下進行剪切以模擬聚合物的降解。

        1 實驗部分

        1.1 材料與儀器

        SZ36-1 油田A7 井原油[含瀝青質(zhì)18.17%,膠質(zhì)40.65%,黏度70 mPa·s(50 ℃)];煤油;AP-P4陽離子型疏水締合聚合物(相對分子質(zhì)量0.8 ×107~1.0 ×107,疏水基含量0.20%,水解度25.6%);氯化鈉、碳酸鈉、硫酸鈉、氯化鎂、碳酸氫鈉、無水氯化鈣均為分析純;模擬水,離子組成見表1。

        表1 模擬水組成Table 1 Ingredients of formation water

        SVR·S 型界面粘彈性儀;DCAT-21 型表面張力和接觸角儀;Nano-ZS 型納米粒度儀;Zeta 電位分析儀。

        1.2 模擬油的配制

        稱取一定質(zhì)量的脫水原油,加入適量吸附處理后的煤油,搖勻,配制成原油模擬油。

        1.3 測Zeta 電位乳狀液制備

        由于油田采出水中油含量不是太高,而且粒子濃度過大時,帶電粒子間的相互作用會影響粒子的電泳淌度測定值,因此在測定乳狀液中油滴Zeta 電位時,乳狀液的配制過程中,油水比選為V(油)∶V(水)=1∶100。

        1.4 性能測試

        1.4.1 界面張力測定 模擬油與聚合物溶液間的界面張力采用掛片法,用表面張力和接觸角儀測定,測定溫度為30 ℃。

        1.4.2 界面剪切粘度測定 模擬油與聚合物溶液間的界面剪切粘度采用雙錐擺法,用表面粘彈性儀測定,測定溫度為30 ℃。

        1.4.3 Zeta 電位的測定 將適量的油水混合物于6 000 r/min 的條件下剪切2 min,放置24 h。取液面下2 cm 處樣品進行測定,測定溫度為30 ℃。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 不同剪切降解的聚合物溶液對原油模擬油體系界面張力的影響

        用高剪切混合乳化機在不同剪切速率下將聚合物溶液剪切5 min。聚合物溶液質(zhì)量濃度為200 mg/L。圖1 為不同剪切降解的聚合物溶液與原油模擬油體系間的界面張力。

        圖1 原油模擬油/不同剪切降解聚合物溶液界面張力Fig.1 Interfacial tension of model oil and polymer solution with different shear degradation degree

        由圖1 可知,聚合物剪切時,剪切速率低于6 000 r/min 時,體系界面張力值差別不大,當剪切速率增加到8 000 r/min 時,體系界面張力明顯降低,即剪切程度變大,使聚合物降解,聚合物分子鏈變短,在油水界面處吸附能力降低,原油中界面活性組分在油水界面處吸附能力相應增加,導致體系油水界面張力降低。

        2.2 不同剪切降解的聚合物溶液對原油模擬油體系界面剪切粘度的影響

        圖2 為原油模擬油/不同剪切速率聚合物溶液界面剪切粘度。

        圖2 原油模擬油/不同剪切降解聚合物溶液界面剪切粘度Fig.2 Interfacial shear viscosity of model oil and polymer solution with different shear degradation degree

        由圖2 可知,隨剪切程度的增加,聚合物溶液與模擬油間的界面剪切粘度減小。在剪切速率較小時,其界面剪切粘度值與沒有經(jīng)剪切的相比下降不是很大,說明當聚合物溶液受剪切作用較小時,聚合物與模擬油形成的界面膜強度變化不大。當剪切速率達到8 000 r/min 時,界面剪切粘度值下降很大,其吸附在油水界面上形成的界面膜強度減小。由于溶液中存在長鏈大分子聚合物時,較大的聚合物分子參與界面膜的形成,使界面剪切粘度增加;當聚合物被剪切斷鏈后,短鏈聚合物分子擴散到界面上,不足以形成具有一定強度的界面膜,破壞了原有界面膜的整體性,導致了界面膜強度降低。

        2.3 不同剪切降解的聚合物對原油模擬油體系油滴表面Zeta 電位的影響

        圖3 為質(zhì)量濃度200 mg/L 的聚合物溶液在不同剪切速率下剪切降解后與1%原油模擬油乳化所形成的油滴表面Zeta 電位。

        由圖3 可知,在剪切速率較低時,隨聚合物所受剪切作用增大,油滴表面的Zeta 電位的絕對值有所降低,但變化不大;當剪切速率增加到4 000 r/min時,油滴表面的Zeta 電位的絕對值增加。剪切速率繼續(xù)增加,油滴表面的Zeta 電位的絕對值也繼續(xù)增加。說明疏水締合聚合物在較高剪切速率作用下,其對油滴表面的Zeta 電位有較大影響。疏水締合聚合物在剪切作用下,其分子鏈發(fā)生斷鏈,使長鏈高分子變成許多短鏈小分子,溶液中小分子物質(zhì)增多,這些帶有負電荷的小分子在油水界面處吸附,使油滴表面所帶負電荷增加,從而導致剪切速率較高時,疏水締合聚合物溶液與模擬油乳化形成的油滴表面Zeta 電位絕對值增加。

        圖3 不同剪切降解聚合物與原油模擬油體系Zeta 電位Fig.3 Zeta potential of model oil and polymer solution with different shear degradation degree

        3 結(jié)論

        (1)剪切速率低于6 000 r/min 時,聚合物溶液與模擬油間油水界面張力值差別不大,當剪切速率增加到8 000 r/min 時,其界面張力明顯降低。

        (2)隨著剪切速率的增加,聚合物溶液與模擬油間的界面剪切粘度減小。

        (3)隨著剪切速率的增加,聚合物溶液/模擬油體系Zeta 電位的絕對值先小幅降低后再增加;剪切速率增加到4 000 r/min 以上時,油滴表面的Zeta 電位絕對值隨剪切速率增加而增加。

        [1] 王啟民,冀寶發(fā),隋軍,等.大慶油田三次采油技術的實踐與認識[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2001,20(2):1-8.

        [2] 王德民.發(fā)展三次采油新理論新技術,確保大慶油田持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2001,20(2):9-13.

        [3] 朱麟勇,常志英,李妙貞,等.部分水解聚丙烯酰胺在水溶液中的氧化降解溫度的影響[J].高分子材料科學與工程,2000,16(1):113-116.

        [4] 朱麟勇,常志英,李明宇,等.部分水解聚丙烯酰胺在水溶液中的氧化降解有機雜質(zhì)的影響[J].高分子材料科學與工程,2000,16(2):112-114.

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