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作 者： 張路　羅瀾　李宗琦　趙濉　俞稼鏞
關 鍵 詞：
摘 要：
摘要:本文系統研究了不同離子強度和堿濃度條件下勝利原油 堿水體系的動態界面張力特性,考察了復合驅體系各組分對界面張力的影響。發現勝利原油與堿水間的界面張力在適宜的離子強度和堿濃度條件下達到低,堿與表面活性劑之間在降低界面張力方面存在明顯的協同效應,而表面活性劑與聚合物之間不存在明顯的協同效應。
內 容：
復合驅強化采油配方中涉及堿、表面活性劑、聚合物等組分,這些組分間的相互作用對驅油體系的性質有極大的影響。要選擇適合不同油藏條件的復合驅油體系,就必須深入研究復合驅體系各組分間相互作用對界面性質的影響,從而針對不同特性的原油,相應地調節復合驅系的組分及其比例。
原油中的有機酸組分與堿水反應生成的離解酸類表面活性劑自身具有的界面活性及其與復合驅配方中的外加表面活性劑之間的協同作用,是復合驅體系在低表面活性劑用量條件下獲得超低界面張力的關鍵。從20世紀80年代以來,研究者針對酸性原油-堿水體系進行了低界面張力機理的研究工作[1-5],但早期研究在進行堿濃度掃描時,離子強度和pH值同時變化,對低界面張力機理的闡釋造成困難。國外從90年代初開始,在研究酸性原油堿水體系界面張力時將離子強度和pH值這兩種影響因素分隔開來,發現它們對界面張力有同等重要的影響[6-8],而國內針對我國原油的相關研究仍未充分重視這兩者之間的關系。因此,我們系統地分別考察了離子強度和堿濃度對勝利原油 堿水體系界面張力的影響,得到了該體系產生超低界面張力的適宜條件。另外,我們還考察了石油磺酸鹽和聚合物對上述體系界面張力的影響。
1實驗部分
1.1 化學試劑
表面活性劑:石油磺酸鹽:玉門,經過提純,平均分子量450,簡稱PS;辛基酚聚氧乙烯（10）醚,商品名OP-10,上海助劑廠。
無機試劑:NaCl,NaOH,分析純。
原油:勝利油田孤東小井距原油,酸值2.98mgKOH/g原油,密度0.9518g/cm3,勝利油田地質院提供。
聚合物:水解聚丙烯酰胺3530S,有效含量91.24%,水解度26%—28%,分子量1615萬,美國Pfizer公司產品。
1.2 動態界面張力的測定
用SD200B型全量程界面張力儀測定未經預平衡的油水動態界面張力曲線,直到界面張力數值變化不大時為止。實驗溫度為30.0℃。動態界面張力瞬時值為4min時數值,穩態值為界面張力變化不大時的數值。
勝利原油粘度較大,實驗中用微量注射器吸取油樣較為困難,故用正癸烷稀釋的原油（勝利原油∶正癸烷=2∶1）進行復合驅體系的實驗。但由于稀釋后的原油與堿水作用強烈,無法有效進行界面張力的測量,因此針對堿水體系的測量采用未稀釋的勝利原油。文中兩種不同原油的數據沒有進行交叉對比,但不影響對結果的討論。
2結果與討論
2.1 勝利原油與堿水作用的物化條件
2.1.1 勝利原油與不同濃度氫氧化鈉溶液的動態界面張力

由圖1可見,水相離子強度一定時（I=0.01）,勝利原油與不同濃度氫氧化鈉水溶液的動態界面張力表現出截然不同的特征:當NaOH濃度很低時（10-4mol/L）,原油中的酸性活性組分與堿在界面上原位生成的離解酸類表面活性劑濃度過低,動態界面張力始終大于10mN/m;當NaOH濃度較低時（5×10-4mol/L）,界面上原位生成的少量離解酸與有機酸混合吸附,協同作用,動態界面張力通過一個較低的低值,而離解酸的強親水性使其快速從界面脫附進入水相,界面張力穩態值較高;在NaOH濃度適宜時,界面上的離解酸和有機酸長時間維持一定的濃度,低界面張力能夠持續較長的一段時間,直到原油中的有機酸幾乎全部離解[9];當NaOH濃度較高時（10-2mol/L）,由于有機酸原位生成表面活性劑的速度遠遠快于離解酸從界面脫附到水相的速度,原油中的有機酸在很短時間內就全部離解,富集在界面上,界面張力迅速達到較低數值,而平衡時離解酸傾向于分配在水相,界面張力穩態值較高。

由圖2可見,水相離子強度一定時,勝利原油與不同濃度氫氧化鈉的動態界面張力瞬時值、低值和穩態值均隨NaOH濃度增大通過一個小值,這說明在適宜的pH條件下,界面上的離解酸和有機酸保持一個適宜的比例對界面張力的降低有利[6]。
2.1.2 勝利原油與不同離子強度的堿水溶液的動態界面張力

由圖3可以看出,水相中氫氧化鈉濃度一定時（10-3mol/L）,勝利原油與不同離子強度的堿水溶液的動態界面張力也表現出截然不同的特征。由于NaCl能夠促進陰離子表面活性劑從水相向油相分配[10],當離子強度很低時（I=0.001）,界面上原位生成的離解酸類表面活性劑具有強烈的向水相分配的趨勢,因而不能在界面上富集,動態界面張力始終大于10mN/m;當離子強度較低時（I=0.005）,界面上原位生成的少量離解酸與有機酸混合吸附,協同作用,動態界面張力通過一個較低的低值,隨著離解酸脫附進入水相,界面張力開始升高;在適宜的離子強度,界面上的離解酸和有機酸在較長的時間內維持一定的濃度,低界面張力能夠維持較長的一段時間;當離子強度較高時（I=0.1）,可能是原位生成的表面活性劑傾向于以離解酸皂的形式分配在油相[4],界面張力穩態值較高;當離子強度進一步增大時（I=0.25）,可能絕大部分離解酸以沒有界面活性的離解酸皂的形式分配在油相,動態界面張力始終大于10mN/m。

由圖4可見,水相中氫氧化鈉濃度一定時（10-3mol/L）,勝利原油與不同離子強度堿水溶液的動態界面張力瞬時值、低值和穩態值均隨離子強度增大通過一個小值,這說明在適宜的離子強度條件下,界面上的離解酸和有機酸保持適宜的比例對界面張力的降低有利。
2.2 復合驅體系組分相互作用對界面張力的影響
2.2.1 堿與表面活性劑相互作用對界面張力的影響
由圖5可見,在離子強度不大的情況下,單獨的表面活性劑鹽溶液的界面張力大約為10-1mN/m;單獨的堿水的瞬時界面張力接近10-1mN/m,但其穩態值大于1mN/m。堿與表面活性劑復配使用,不僅能夠產生瞬間超低界面張力,而且其穩態值也大幅度降低。

由圖6可見,復合驅體系在失去堿或表面活性劑后,不僅失去了瞬時超低界面張力,而且界面張力穩態值也升高一個數量級。堿與表面活性劑之間的這種協同效應是復合驅體系起作用的關鍵因素。
2.2.2 聚合物對復合驅體系界面張力的影響
由圖7可見,在表面活性劑的鹽溶液中加入聚合物后,其界面張力穩態值幾乎不發生變化,說明在降低界面張力方面聚合物與表面活性劑之間沒有明顯的相互作用。但是,由于加入聚合物改變了水相的粘度,從而影響表面活性劑分子的傳質,短時間內的動態界面張力數值受到影響。


由圖8可見,復合驅體系在失去聚合物后動態界面張力曲線發生小的平移,加有聚合物的復合驅體系,其動態界面張力低值出現的時間滯后,而界面張力的低值和穩態值均不發生變化。另外,加有聚合物的復合驅體系的動態界面張力在低值附近變化較為緩慢。這些變化均與體系的粘度增大有關。
3結論
勝利原油與單獨堿水溶液的動態界面張力瞬時值、穩態值和低值均隨離子強度和氫氧化鈉濃度的增大而通過一個小值,這說明原油中有機酸在適宜的離子強度和pH條件下能有效地降低界面張力。復合驅體系中的堿與表面活性劑之間在降低界面張力方面存在明顯的協同效應,而表面活性劑與聚合物之間不存在明顯的協同效應。聚合物通過改變體系的粘度影響動態界面張力短時間的數值和低值出現的時間。
參考文獻:
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