弱碱三元复合体系各组分作用关系研究

张 可 支树洁 陈兴隆等

摘要：辽河油区锦16块(西)面临油层非均质性严重、采出程度高和含水率高等开发难题，亟待采取提高采收率技术措施。针对油田开发实际需求，在室内实验的基础上，研究了不同类型聚合物和表面活性剂对复合体系粘度和界面张力的影响，并探讨了表面活性剂浓度对三元复合体系溶液的增粘特性，以及碱浓度对三元复合体系溶液粘度和聚合物分子结构的影响，并首次利用界面张力值来评价表面活性剂在天然油砂上的吸附特性。实验结果表明，聚合物添加剂对界面张力存在不利影响，使复合体系的界面张力值升高。表面活性剂分子与聚合物分子链形成络合结构，对三元复合体系溶液具有增粘作用。不同类型表面活性剂在天然油砂上的吸附量存在差异，羧酸盐类表面活性剂在天然油砂上的吸附量最低。

关键词：辽河油区；三元复合体系；界面张力；粘度；影响因素；实验研究

中图分类号：TE341文献标识码：A

前言

辽河油区锦16块(西)油层非均质性严重，油层温度在56℃左右，地层原油粘度为14.3mPa·s，地层水pH值为7左右，总矿化度为2467.2mg／L，油水粘度比为24.6。目前，区块综合含水高达85.1％，采出程度达43.8％以上，进入了高含水、高采出程度的“双高”期，提高该断块采出程度、降低区块综合含水成为辽河油区亟待解决的首要问题。近年来，碱、活性剂、聚合物(AsP)三元复合驱在“控水稳油”中的作用愈来愈受到石油科技工作者的重视。三元复合驱技术已在大庆油田推广应用，先后开展了单井、多井和区块矿场试验，采收率增幅达到20％以上。国内外对该体系的驱油效果以及界面张力的研究较多，而对三元复合体系性质的影响因素报道较少，如三元复合体系中的碱、聚合物和表面活性剂类型对复合体系性质的影响、各组分的浓度对其粘度和界面张力的影响等。

针对油田高含水、高采出程度的“双高”问题，在室内实验的基础上，通过测定不同类型聚合物和表面活性剂对复合体系粘度和界面张力的影响，研究了碱和表面活性剂浓度及类型对三元复合体系溶液粘度和界面张力性质影响，并首次利用界面张力值确定了不同类型表面活性剂在天然油砂上的相对吸附量。

1实验内容

1.1实验材料

聚合物、碱和表面活性剂参数见表1。实验用水取自辽河油区25-C43井采出污水；实验用油为辽河原油经脱水、脱气处理。天然油砂取自辽河油区，经甲苯抽提，并筛选粒径范围分别为6.500～0.124、0.124～0.074和大于0.074mm。

1.2实验仪器

TC-201型布氏粘度计、XZD-3型全量程界面-张力／接触角测量仪、HJ-6型多头磁力搅拌器、高频脉冲原油电脱水装置、标准检验筛和电子天平等。

2结果分析

2.1表面活性剂浓度对复合体系粘度性质影响

表面活性剂浓度对粘度影响实验结果见图1、2，其中聚合物的浓度为1200mg／L，表面活性剂和碳酸钠的浓度见图1、2。

从图1中可以看出，对于3表面活性剂，其浓度愈高，三元复合体系粘度愈低。从图2中可以看出，在相同的碱浓度条件下，三元复合体系溶液的黏度随表面活性剂的浓度增加而逐渐升高。其原因在于，表面活性剂分子与聚合物分子形成络合结构，这就相当于增加了聚合物分子的分子量，进而增加了三元复合体系溶液的粘度。在相同表面活性剂浓度条件下，三元复合体系溶液的粘度随碱浓度的增加而逐渐降低，这是由于碱的加入使得三元复合体系溶液的矿化度升高，聚合物分子发生卷曲收缩，矿化度越高(即碱浓度越高)，聚合物分子卷曲收缩越严重，三元复合体系溶液粘度也就越低。

2.2碱浓度对复合体系粘度性质影响

配制4种不同碱浓度的三元复合体系，评价碱对三元复合体系粘度性质影响。其中聚合物浓度为1200 mg／L，表面活性剂(3)浓度为0.3％，碱浓度分别为0.3％、0.6％、0.9％和1.2％，粘度测试结果见图3。

三元复合体系溶液粘度随时间的延长而逐渐降低，从第1-5 d，溶液粘度略有升高，但第5～30d，溶液粘度逐渐降低，降低趋势较为平缓。随着碱浓度的降低，三元复合体系溶液粘度逐渐升高。原因在于，碱的加入使得三元复合体系溶液的矿化度升高，聚合物分子链发生卷曲收缩，矿化度越高，聚合物分子链卷曲收缩越严重，宏观上表现为三元复合体系溶液粘度降低程度就越大。

2.3碱和表面活性剂浓度对界面张力影响

碱和表面活性剂浓度对界面张力影响的实验结果见图4。其中表面活性剂类型为3，聚合物类型为D2，其浓度为1200 mg／L。

碱和表面活性剂浓度对三元复合体系与原油间界面张力存在一定影响。在表面活性剂浓度一定条件下，碱浓度愈高，界面张力愈低。这是由于，一方面碱作为一种“盐”迫使更多的表面活性剂分子进入油一水界面，从而增加界面层中表面活性剂浓度，另一方面碱能与原油中的有机酸反应，生成成膜物质(表面活性剂分子层)，进一步增加了界面上的成膜物质浓度。而在碱浓度一定条件下，表面活性剂浓度愈高，界面张力愈低。

2.4聚合物分子对复合体系界面张力影响

聚合物对复合体系界面张力影响的实验结果见图5。复合体系溶液中碱浓度为0.4％，表面活性剂类型为3^#，聚合物类型为D2，其浓度为1200mg／L。

聚合物对复合体系界面张力存在不利影响，添加聚合物后复合体系界面张力升高。主要原因在于，聚合物在生产过程中，为了满足某种特殊要求，加入了添加剂，如交联剂、柔性转向剂等，破坏了表面活性剂的分子结构，部分抑制或降低了表面活性剂的表面活性，使界面张力值升高，而聚合物分子链本身对界面张力是没有影响的。

2.5吸附损失对复合体系性质影响

为研究三元复合体系中表面活性剂在天然油砂上的吸附特性，测定了不同固液比、不同粒径的天然油砂在不同类型的表面活性剂上的界面张力值，来确定表面活性剂的相对吸附损失。三元复合体系溶液的组成均为聚合物1 200 m∥L+碳酸钠0.4％+表面活性剂0.2％，其中粒径为“0”的溶液表示溶液中不含天然油砂，实验结果见图6～8。

由于不同类型的表面活性剂对天然油砂的吸附能力不同，以及天然油砂及其液固比对三元复合体系降低界面张力能力存在影响。液固比愈大，三元复合体系降低界面张力能力愈小。相对于4^#和7^#表面活性剂，3^#羧酸盐类表面活性剂受油砂吸附作用影响程度小，吸附后界面张力仍然可以保持超低界面张力。说明羧酸盐类表面活性剂在天然油砂上的吸附较少。

3结论

(1)表面活性剂分子与聚合物分子链形成络合结构，对三元复合体系溶液具有增粘作用。

(2)在表面活性剂浓度一定条件下，碱浓度愈

高，界面张力愈低；在碱浓度一定条件下，表面活性剂浓度愈高，界面张力愈低。

(3)碱的加入有利于超低界面张力的形成，但却降低了三元复合体系溶液的粘度。

(4)聚合物中添加剂对界面张力影响存在不利影响，使三元复合体系的界面张力升高，而聚合物分子链本身对界面张力没有影响。

参考文献：

[1]廖广志，杨振宇，刘奕，等，三元复合驱中超低界面张力影响因素研究[J]，大庆石油地质与开发。2001，20(1)：40—42.

[2]孙焕泉，胜利油田三次采油技术的实践与认识[J]，石油勘探与开发，2006，15(3)：23—27.

[3]李华斌，陈中华，界面张力特征对三元复合驱油效率影响的实验研究[J]，石油学报，2006，27(5)：96～98.

[4]黄宏度，吴一慧，王尤富，等，石油羧酸盐和磺酸盐复配体系的界面活性[J]，油田化学,2000，17(1)：69～7z

[5]卢祥国，胡勇，宋吉水，等，聚合物凝胶分子结构及其识别方法[J]，石油学报，2005，26(4)：73—76.

[6]廖广志，杨振宇，刘奕，三元复合驱中超低界面张力影响因素研究[J]，大庆石油地质与开发，2001，20(1)：40—42.

[7]王景良，三元复合驱用石油磺酸盐表面活性剂的研究进展[J]，国外油田工程，2000，(12)：1～5，

[8]崔正刚，等，重烷基苯磺酸盐／碱／原油体系的界面张[J]，油田化学，1999，16(2)：153—157.

[9]邹文华，崔正刚，张天林，重烷基苯磺酸盐驱油剂中试产品的应用性能[J]，日用化学工业,2002，32(6)：16～19，

[10]赵立艳，樊西惊，表面活性剂驱油体系的新发展[J]，西安石油学院学报，2000，15(2)：55—58

[11]王业飞，焦翠，赵福麟，羧甲基化的非离子型表面活性剂与石油磺酸盐的复配试验[J]，石油大学学报，1996，20(4)：52—55.

[12]Zhang Ke，LU Xiangguo，Effect 0fCross LinkingAgent onAlkall／Surfactant／P0lymer[J]，Chinese Joumal 0f Chem-istry，2008，26(1)：193-l97.