提純作用對聚表劑的性能影響研究

2013-12-01 05:34:52費春光

長江大學學報(自科版) 2013年16期

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費春光

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

（東北石油大學石油工程學院，黑龍江大慶163318）

作為重要的強化采油技術，化學驅提高采收率目前已在國內(nèi)很多油田進行了工業(yè)化推廣應用，并取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，其主要機理是擴大波及體積和提高洗油效率［1－4］。聚表劑又稱活性聚合物，是近年來開發(fā)并投入礦場應用的一種新型驅油劑。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，對原油還有一定的增溶乳化能力［5－6］。目前聚表劑驅油技術已在大慶油田先后開展了數(shù)個礦場試驗，并取得了較好的驅油效果。但由于對聚表劑產(chǎn)品組分構成及對其理化性能的影響規(guī)律尚不明確，因此無法從本質(zhì)上解釋聚表劑的乳化和增黏機理［7］。下面，筆者采用乙醇提純作用對聚表劑組分進行分離，研究了提純作用對聚表劑溶液的分子組成、黏度、流變性等的影響，為認識聚表劑的理化性能和驅油效果提供參考。

1 試驗部分

1.1 試驗材料和儀器

1）試驗材料 A型聚表劑（上海某化學公司），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)量百分數(shù)）88%；普通中分聚合物HPAM （大慶煉化公司），相對分子質(zhì)量1600×104，固含量90%；無水乙醇（國藥集團化學試劑有限公司）；試驗用油為大慶長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；試驗用水為蒸餾水和4000mg／L的NaCl溶劑水。

2）試驗儀器 LVDV－Ⅱ＋PRO型布氏黏度計；TENSOR27型紅外光譜儀；OCA20視頻光學接觸角測量儀；BI－200SM型廣角動／靜態(tài)光散射儀；AR－G2型流變儀。

1.2 試驗方法

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水乙醇進行混合（聚表劑∶乙醇（體積比）＝1∶4），用攪拌棒進行攪動，直至有白色沉淀生成。將白色沉淀物取出后用適量乙醇進行抓洗，直至白色沉淀物中無透明粘稠的物質(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，即可進行檢測。

1.3 測試方法

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

2 結果與分析

2.1 提純作用對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)定時間內(nèi)完全溶解，而提純后聚表劑溶液中存在大量膠團，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結構在提純后并未出現(xiàn)，這說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，被提純出的物質(zhì)是依靠物理作用包裹在聚表劑外部，當聚表劑溶液在多孔介質(zhì)中運移時會發(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比圖

2.2 提純作用對聚表劑分子水動力學尺寸的影響

提純前后聚表劑溶液（1000mg／L）中聚合物分子水動力學直徑與時間之間關系如圖2所示。從圖2可以看出，提純后聚表劑溶液分子水動力學尺寸隨時間延長而大幅度增加，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)，促進了聚表劑分子內(nèi)和分子間的動態(tài)交聯(lián)反應，導致其水動力學尺寸大幅度波動［9］。

圖2 提純前后聚表劑分子水動力學尺寸與時間關系圖

2.3 提純作用對聚表劑黏度的影響

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間之間的變化關系。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，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。分析原因認為，聚表劑溶液存在較強的分子間作用，提純過程改變了這種作用，導致其分子間作用程度和作用時機發(fā)生變化，進而降低聚表劑溶液黏度［10］。

2.4 提純作用對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。