提纯作用对聚表剂的性能影响研究

费春光

（中石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆163712）

（东北石油大学石油工程学院，黑龙江 大庆163318）

作为重要的强化采油技术，化学驱提高采收率目前已在国内很多油田进行了工业化推广应用，并取得了良好的经济效益和社会效益，其主要机理是扩大波及体积和提高洗油效率［1－4］。聚表剂又称活性聚合物，是近年来开发并投入矿场应用的一种新型驱油剂。聚表剂溶液具有较高的增黏性、抗盐性和耐温性，且含有一定浓度的表面活性物质，具有较高黏度，对原油还有一定的增溶乳化能力［5－6］。目前聚表剂驱油技术已在大庆油田先后开展了数个矿场试验，并取得了较好的驱油效果。但由于对聚表剂产品组分构成及对其理化性能的影响规律尚不明确，因此无法从本质上解释聚表剂的乳化和增黏机理［7］。下面，笔者采用乙醇提纯作用对聚表剂组分进行分离，研究了提纯作用对聚表剂溶液的分子组成、黏度、流变性等的影响，为认识聚表剂的理化性能和驱油效果提供参考。

1 试验部分

1.1 试验材料和仪器

1）试验材料 A型聚表剂 （上海某化学公司），固含量 （乳液或涂料在规定条件下烘干后剩余部分占总量的质量百分数）88%；普通中分聚合物HPAM （大庆炼化公司），相对分子质量1600×104，固含量90%；无水乙醇 （国药集团化学试剂有限公司）；试验用油为大庆长垣油田主力油层脱水脱气后原油与煤油配制而成的模拟油，45℃下黏度为9.1mPa·s；试验用水为蒸馏水和4000mg／L的NaCl溶剂水。

2）试验仪器 LVDV－Ⅱ＋PRO型布氏黏度计；TENSOR27型红外光谱仪；OCA20视频光学接触角测量仪；BI－200SM型广角动／静态光散射仪；AR－G2型流变仪。

1.2 试验方法

1）提纯方法 首先将聚表剂溶于蒸馏水中 （浓度为5000mg／L），用搅拌器搅拌，保持转速在300r／min左右，待试样全部溶解后停止搅拌，再将溶解后的聚表剂试样与无水乙醇进行混合 （聚表剂∶乙醇 （体积比）＝1∶4），用搅拌棒进行搅动，直至有白色沉淀生成。将白色沉淀物取出后用适量乙醇进行抓洗，直至白色沉淀物中无透明粘稠的物质为止。将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。如此反复操作3次，即可得到提纯后的聚表剂干粉。

2）溶液配制 ①溶剂水。称取4.0g NaCl溶解在996g蒸馏水中备用。②聚表剂原样母液。称取1.705g聚表剂原样干粉，溶于298.3g NaCl溶液中备用。③提纯后聚表剂母液。称取1.563g提纯后聚表剂干粉 （经检测其固含量为96%）溶于298.4g NaCl溶液中备用。待上述溶液充分溶解后分别稀释到目的液浓度，即可进行检测。

1.3 测试方法

采用TENSOR27型红外光谱仪分析提纯前后聚表剂颗粒结构；采用OCA20视频光学接触角测量仪测试体系与模拟油之间的界面张力；采用BI－200SM型广角动／静态光散射仪测量提纯前后聚表剂溶液的分子流体力学直径；采用AR－G2型流变仪测量提纯前后聚表剂溶液的流变性能；采用LVDV－Ⅱ＋PRO型布氏黏度计测量提纯前后聚表剂溶液体系的黏度。除红外光谱扫描测试外，其他测试温度均为45℃。

2 结果与分析

2.1 提纯作用对聚表剂外观及组成的影响

提纯前，聚表剂干粉外观为淡黄色，提纯并造粒后聚表剂干粉为纯白色粉末。提纯前后聚表剂溶液外观也存在差异，提纯前聚表剂溶液状态均匀，且能在规定时间内完全溶解，而提纯后聚表剂溶液中存在大量胶团，溶解性能较差。图1所示为提纯前后聚表剂的红外光谱分析结果。由图1可以看出，聚表剂图谱在提纯前后存在较大差异，提纯前聚表剂的某些官能团结构在提纯后并未出现，这说明有部分不属于大分子链节上的物质在提纯中发生了分离。由此可见，被提纯出的物质是依靠物理作用包裹在聚表剂外部，当聚表剂溶液在多孔介质中运移时会发生一定的色谱分离现象［8］。

图1 提纯前后聚表剂红外光谱对比图

2.2 提纯作用对聚表剂分子水动力学尺寸的影响

提纯前后聚表剂溶液 （1000mg／L）中聚合物分子水动力学直径与时间之间关系如图2所示。从图2可以看出，提纯后聚表剂溶液分子水动力学尺寸随时间延长而大幅度增加，提纯前则变化不明显。分析原因是提纯作用除去了聚表剂表面包裹的活性物质，促进了聚表剂分子内和分子间的动态交联反应，导致其水动力学尺寸大幅度波动［9］。

图2 提纯前后聚表剂分子水动力学尺寸与时间关系图

2.3 提纯作用对聚表剂黏度的影响

图3所示为提纯前后聚表剂溶液黏度与浓度之间的变化关系曲线。由图3可知，在相同浓度条件下，提纯后的聚表剂溶液黏度明显下降，且随着浓度的增加差异逐渐增大。图4所示为相同浓度条件下提纯前后聚表剂溶液体系黏度随放置时间之间的变化关系。由图4可知，提纯前后的聚表剂溶液黏度都呈现先增加后降低的变化趋势，但是提纯后溶液体系黏度的增加幅度和周期都明显小于提纯前，且无论在放置初期还是放置60d之后，提纯后的溶液黏度均小于提纯前。分析原因认为，聚表剂溶液存在较强的分子间作用，提纯过程改变了这种作用，导致其分子间作用程度和作用时机发生变化，进而降低聚表剂溶液黏度［10］。

2.4 提纯作用对聚表剂流变性的影响

图5所示为提纯前后聚表剂溶液 （1000mg／L）流变性曲线图。从图5可以看出，提纯前聚表剂溶液在较低剪切速率条件下，呈现一定的剪切增稠性，但随着剪切速率的增加，体系黏度大幅降低，表现出剪切变稀的特性，而提纯后的聚表剂溶液与普通聚合物溶液类似，其体系黏度随剪切速率的增大而降低，一直呈现剪切变稀特性。此外，在相同剪切速率下，提纯后的聚表剂溶液体系黏度均低于提纯前的聚表剂溶液。

2.5 提纯作用对聚表剂界面张力的影响

提纯前后聚表剂溶液与原油间的界面张力图如6所示。从图6可以看出，提纯后聚表剂体系与原油之间的界面张力大幅提升。分析原因可能是提纯作用使聚表剂发生了组分分离，洗出了其中所含的活性物质，致使聚表剂溶液体系与原油之间的界面张力明显升高［11］。

图3 提纯前后聚表剂溶液黏浓关系曲线图

图4 提纯前后聚表剂溶液黏度随放置时间变化图

图5 提纯前后聚表剂溶液流变性曲线图

图6 提纯前后聚表剂溶液与原油间的界面张力图

3 结 论

（1）被提纯出的物质以物理方式和聚表剂复配而成，其在储层多孔介质中运移时容易发生色谱分离，表明提纯作用可改变聚表剂的物质组成。

（2）提纯后聚表剂分子水动力学尺寸明显增大，黏度显著下降，抗剪切能力降低，与原油之间的界面张力明显升高，说明组分分离对聚表剂的理化性能影响较大。