三元復合體系界面張力影響因素分析

劉紅娟 （中石油大慶油田有限責任公司第一采油廠，黑龍江 大慶163111）

三元復合驅提高采收率的主要手段之一是通過降低油水的界面張力，使油滴在低界面張力條件下容易變形，使殘余油易被驅出。因此，超低界面張力是大幅度提高原油采收率的重要條件［1］。下面，筆者對三元復合體系界面張力影響因素進行研究，以便為油田開發提供參考。

1 試驗部分

1.1 試驗材料和儀器

1）試驗材料 聚合物 （分子量分別為1500萬、1900萬和2500萬）；試驗用水 （取自三元注入站）；試驗用油 （取自大慶油田北一區斷東三元復合驅試驗現場的脫氣、脫水原油）；表面活性劑。

2）試驗儀器 TX－500C型旋轉滴界面張力儀；恒溫箱；電子天平等。

圖1 三元復合體系乳化試驗照片

1.2 試驗方法

使用TX－500C型旋轉滴界面張力儀，在樣品中加入形成界面的兩液相，然后將樣品放入到界面張力儀中，設置旋轉速度為5000r／min，溫度為45℃，10min讀取一個數值，待2h后，記錄平衡時的界面張力值。

2 結果和討論

2.1 三元復合體系界面張力與乳化程度的關系

配制了界面張力穩定的A、B、C、D共4種三元復合體系，界面張力數量級為A＝B＜C＜D，且分別相差約一個數量級，配方分別為：0.3%表面活性劑S＋1.2%堿A＋2000mg／L聚合物P；0.1%表面活性劑S＋0.8%堿 A＋2000mg／L聚合物P；0.1%表面活性劑S＋0.4%堿A＋2000mg／L聚合物P；0.025%表面活性劑S＋0.4%堿A＋2000mg／L聚合物P。將上述三元復合體系與原油按1∶1進行乳化試驗，試驗結果如圖1所示。由圖1可知，B、C、D三元復合體系的乳化程度為B＞C＞D，也就是三元復合體系界面張力值越低，其乳化效果越好，這是因為油水兩相間的界面張力降低的同時也降低了復合體系界面能，有利于增加乳狀液的穩定性；雖然A和B三元復合體系界面值屬于相同數量級，但是A體系乳化效果明顯弱于B、C、D體系，這是因為A體系表面活性劑和堿濃度相對較高，過高的離子強度導致電荷之間的斥力使液滴分開，從而導致乳狀液穩定性下降［2］。

2.2 堿、表面活性劑濃度變化對三元復合體系界面張力的影響

為了考察不同濃度表面活性劑和堿配制的三元復合體系與原油界面張力是否有一定的影響，室內配制表面活性劑濃度為0.025%～0.4%，堿濃度為0.4%～1.4%的三元復合體系，分別測定界面張力值。

表面活性劑濃度－界面張力曲線圖如圖2所示。由圖2可見，界面張力隨著表面活性劑濃度的增加先減小后略有增加。這是由于表面活性劑在濃度較低時，在油水界面上吸附的分子較少，分子排列不夠緊密且不規則，界面張力較大；濃度增大時，油水界面上吸附的分子逐漸增多，分子排列變得緊密而整齊，達到吸附飽和，界面張力急劇下降；繼續增大表面活性劑的濃度時，在油滴附近開始出現膠團，阻止了部分表面活性劑在油水界面的吸附，界面張力開始回升［2］。

堿濃度－界面張力曲線圖如圖3所示。由圖3可知，界面張力隨著堿濃度的增加先減小后增大。這是因為堿可以與原油中活性物質發生反應生成原油自身的表面活性劑，協助外加的表面活性劑降低界面張力。此外，體系中加入堿還可以起到增強離子強度的作用，使表面活性劑以更好的形態在油水界面排列和吸附，從而降低界面張力，但是過量的堿將導致表面活性劑的水溶性下降，油溶性增加，使其親水親油平衡偏離最佳狀態，從而出現界面張力值增大的現象［3］。

圖2 表面活性劑濃度－界面張力曲線圖

圖3 堿濃度－界面張力曲線圖

2.3 聚合物濃度變化對三元復合體系界面張力影響

采用分子量為1900萬的聚合物配制濃度分別為0、500、1000、1500和2000mg／L的三元復合體系，檢測其界面張力。聚合物濃度－界面張力曲線圖如圖4所示。從圖4可以看出，不同聚合物濃度的三元體系界面張力值基本一致，說明聚合物濃度的變化對界面張力的影響不大。

2.4 不同碳數的正構烷烴油品對三元復合體系界面張力的影響

配置濃度為2000mg／L聚合物P＋1.2%堿A＋0.3%表面活性劑S的三元復合體系，用不同碳數的正構烷烴進行界面張力測定，試驗結果如圖5所示。從圖5可以看出，當正構烷烴碳數較小時界面張力值較高，這是由于表面活性劑分子在油相中溶解性大，油水界面上吸附的表面活性劑分子較少，因而界面張力值較高；隨著正構烷烴碳數的增加，表面活性劑分子從油相向水相及油水界面中分配，油水界面上吸附的表面活性劑分子增多，因而界面張力值減少；當正構烷烴碳數繼續增加時，表面活性劑分子在水相中的溶解性越來越大，油水界面上吸附的表面活性劑分子較少，因而界面張力值又會增大。因此，不同正構烷烴碳數油品對三元復合體系界面張力的影響有差異。

圖4 聚合物濃度－界面張力曲線圖

2.5 剪切作用對三元復合體系界面張力的影響

采用現場污水，使用分子量分別為1500萬、1900萬和2500萬聚合物配制三元復合體系，配方為2000mg／L聚合物P＋1.2%堿A＋0.3%表面活性劑S（樣品存放條件為厭氧、45℃）。三元體系剪切前后界面張力穩定性曲線圖如圖6所示。從圖6可以看出，三元體系剪切前后的界面張力值變化不大，說明剪切對三元體系界面張力無影響。

圖5 不同正構烷烴對界面張力的影響曲線

圖6 三元體系剪切前后界面張力穩定性曲線圖

3 結 論

（1）一定濃度范圍內，隨著表面活性劑和堿濃度的增加，三元復合體系的界面張力先減小再增加，說明表面活性劑和堿濃度變化對三元復合體系的界面張力產生影響。

（2）一定濃度范圍內，聚合物濃度的變化對三元復合體系界面張力的影響不大。

（3）不同正構烷烴碳數油品對三元復合體系界面張力的影響有差異。

（4）剪切作用對三元復合體系界面張力不產生影響。