費(fèi)春光

（中石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江大慶163712）

（東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶163318）

作為重要的強(qiáng)化采油技術(shù)，化學(xué)驅(qū)提高采收率目前已在國(guó)內(nèi)很多油田進(jìn)行了工業(yè)化推廣應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，其主要機(jī)理是擴(kuò)大波及體積和提高洗油效率［1－4］。聚表劑又稱活性聚合物，是近年來(lái)開(kāi)發(fā)并投入礦場(chǎng)應(yīng)用的一種新型驅(qū)油劑。聚表劑溶液具有較高的增黏性、抗鹽性和耐溫性，且含有一定濃度的表面活性物質(zhì)，具有較高黏度，對(duì)原油還有一定的增溶乳化能力［5－6］。目前聚表劑驅(qū)油技術(shù)已在大慶油田先后開(kāi)展了數(shù)個(gè)礦場(chǎng)試驗(yàn)，并取得了較好的驅(qū)油效果。但由于對(duì)聚表劑產(chǎn)品組分構(gòu)成及對(duì)其理化性能的影響規(guī)律尚不明確，因此無(wú)法從本質(zhì)上解釋聚表劑的乳化和增黏機(jī)理［7］。下面，筆者采用乙醇提純作用對(duì)聚表劑組分進(jìn)行分離，研究了提純作用對(duì)聚表劑溶液的分子組成、黏度、流變性等的影響，為認(rèn)識(shí)聚表劑的理化性能和驅(qū)油效果提供參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料和儀器

1）試驗(yàn)材料 A型聚表劑 （上海某化學(xué)公司），固含量 （乳液或涂料在規(guī)定條件下烘干后剩余部分占總量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）88%；普通中分聚合物HPAM （大慶煉化公司），相對(duì)分子質(zhì)量1600×104，固含量90%；無(wú)水乙醇 （國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；試驗(yàn)用油為大慶長(zhǎng)垣油田主力油層脫水脫氣后原油與煤油配制而成的模擬油，45℃下黏度為9.1mPa·s；試驗(yàn)用水為蒸餾水和4000mg／L的NaCl溶劑水。

2）試驗(yàn)儀器 LVDV－Ⅱ＋PRO型布氏黏度計(jì)；TENSOR27型紅外光譜儀；OCA20視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x；BI－200SM型廣角動(dòng)／靜態(tài)光散射儀；AR－G2型流變儀。

1.2 試驗(yàn)方法

1）提純方法 首先將聚表劑溶于蒸餾水中 （濃度為5000mg／L），用攪拌器攪拌，保持轉(zhuǎn)速在300r／min左右，待試樣全部溶解后停止攪拌，再將溶解后的聚表劑試樣與無(wú)水乙醇進(jìn)行混合 （聚表劑∶乙醇 （體積比）＝1∶4），用攪拌棒進(jìn)行攪動(dòng)，直至有白色沉淀生成。將白色沉淀物取出后用適量乙醇進(jìn)行抓洗，直至白色沉淀物中無(wú)透明粘稠的物質(zhì)為止。將洗出物用乙醇浸泡后置于表面皿中，最后在干燥箱中干燥后造粒待用。如此反復(fù)操作3次，即可得到提純后的聚表劑干粉。

2）溶液配制 ①溶劑水。稱取4.0g NaCl溶解在996g蒸餾水中備用。②聚表劑原樣母液。稱取1.705g聚表劑原樣干粉，溶于298.3g NaCl溶液中備用。③提純后聚表劑母液。稱取1.563g提純后聚表劑干粉 （經(jīng)檢測(cè)其固含量為96%）溶于298.4g NaCl溶液中備用。待上述溶液充分溶解后分別稀釋到目的液濃度，即可進(jìn)行檢測(cè)。

1.3 測(cè)試方法

采用TENSOR27型紅外光譜儀分析提純前后聚表劑顆粒結(jié)構(gòu)；采用OCA20視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)試體系與模擬油之間的界面張力；采用BI－200SM型廣角動(dòng)／靜態(tài)光散射儀測(cè)量提純前后聚表劑溶液的分子流體力學(xué)直徑；采用AR－G2型流變儀測(cè)量提純前后聚表劑溶液的流變性能；采用LVDV－Ⅱ＋PRO型布氏黏度計(jì)測(cè)量提純前后聚表劑溶液體系的黏度。除紅外光譜掃描測(cè)試外，其他測(cè)試溫度均為45℃。

2 結(jié)果與分析

2.1 提純作用對(duì)聚表劑外觀及組成的影響

提純前，聚表劑干粉外觀為淡黃色，提純并造粒后聚表劑干粉為純白色粉末。提純前后聚表劑溶液外觀也存在差異，提純前聚表劑溶液狀態(tài)均勻，且能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完全溶解，而提純后聚表劑溶液中存在大量膠團(tuán)，溶解性能較差。圖1所示為提純前后聚表劑的紅外光譜分析結(jié)果。由圖1可以看出，聚表劑圖譜在提純前后存在較大差異，提純前聚表劑的某些官能團(tuán)結(jié)構(gòu)在提純后并未出現(xiàn)，這說(shuō)明有部分不屬于大分子鏈節(jié)上的物質(zhì)在提純中發(fā)生了分離。由此可見(jiàn)，被提純出的物質(zhì)是依靠物理作用包裹在聚表劑外部，當(dāng)聚表劑溶液在多孔介質(zhì)中運(yùn)移時(shí)會(huì)發(fā)生一定的色譜分離現(xiàn)象［8］。

圖1 提純前后聚表劑紅外光譜對(duì)比圖

2.2 提純作用對(duì)聚表劑分子水動(dòng)力學(xué)尺寸的影響

提純前后聚表劑溶液 （1000mg／L）中聚合物分子水動(dòng)力學(xué)直徑與時(shí)間之間關(guān)系如圖2所示。從圖2可以看出，提純后聚表劑溶液分子水動(dòng)力學(xué)尺寸隨時(shí)間延長(zhǎng)而大幅度增加，提純前則變化不明顯。分析原因是提純作用除去了聚表劑表面包裹的活性物質(zhì)，促進(jìn)了聚表劑分子內(nèi)和分子間的動(dòng)態(tài)交聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致其水動(dòng)力學(xué)尺寸大幅度波動(dòng)［9］。

圖2 提純前后聚表劑分子水動(dòng)力學(xué)尺寸與時(shí)間關(guān)系圖

2.3 提純作用對(duì)聚表劑黏度的影響

圖3所示為提純前后聚表劑溶液黏度與濃度之間的變化關(guān)系曲線。由圖3可知，在相同濃度條件下，提純后的聚表劑溶液黏度明顯下降，且隨著濃度的增加差異逐漸增大。圖4所示為相同濃度條件下提純前后聚表劑溶液體系黏度隨放置時(shí)間之間的變化關(guān)系。由圖4可知，提純前后的聚表劑溶液黏度都呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢(shì)，但是提純后溶液體系黏度的增加幅度和周期都明顯小于提純前，且無(wú)論在放置初期還是放置60d之后，提純后的溶液黏度均小于提純前。分析原因認(rèn)為，聚表劑溶液存在較強(qiáng)的分子間作用，提純過(guò)程改變了這種作用，導(dǎo)致其分子間作用程度和作用時(shí)機(jī)發(fā)生變化，進(jìn)而降低聚表劑溶液黏度［10］。

2.4 提純作用對(duì)聚表劑流變性的影響

圖5所示為提純前后聚表劑溶液 （1000mg／L）流變性曲線圖。從圖5可以看出，提純前聚表劑溶液在較低剪切速率條件下，呈現(xiàn)一定的剪切增稠性，但隨著剪切速率的增加，體系黏度大幅降低，表現(xiàn)出剪切變稀的特性，而提純后的聚表劑溶液與普通聚合物溶液類似，其體系黏度隨剪切速率的增大而降低，一直呈現(xiàn)剪切變稀特性。此外，在相同剪切速率下，提純后的聚表劑溶液體系黏度均低于提純前的聚表劑溶液。

2.5 提純作用對(duì)聚表劑界面張力的影響

提純前后聚表劑溶液與原油間的界面張力圖如6所示。從圖6可以看出，提純后聚表劑體系與原油之間的界面張力大幅提升。分析原因可能是提純作用使聚表劑發(fā)生了組分分離，洗出了其中所含的活性物質(zhì)，致使聚表劑溶液體系與原油之間的界面張力明顯升高［11］。

圖3 提純前后聚表劑溶液黏濃關(guān)系曲線圖

圖4 提純前后聚表劑溶液黏度隨放置時(shí)間變化圖

圖5 提純前后聚表劑溶液流變性曲線圖

圖6 提純前后聚表劑溶液與原油間的界面張力圖

3 結(jié) 論

（1）被提純出的物質(zhì)以物理方式和聚表劑復(fù)配而成，其在儲(chǔ)層多孔介質(zhì)中運(yùn)移時(shí)容易發(fā)生色譜分離，表明提純作用可改變聚表劑的物質(zhì)組成。

（2）提純后聚表劑分子水動(dòng)力學(xué)尺寸明顯增大，黏度顯著下降，抗剪切能力降低，與原油之間的界面張力明顯升高，說(shuō)明組分分離對(duì)聚表劑的理化性能影響較大。