摘要

為了設(shè)計(jì)高效的靶向增黏二元驅(qū)油體系，研究了微膠囊乳液型聚合物對(duì)延展型表面活性劑界面張力的作用機(jī)制。采用旋轉(zhuǎn)滴方法測(cè)定了羧酸鹽和硫酸鹽類延展型表面活性劑（C8PmEnC和C8PmEnS）與正構(gòu)烷烴間的界面張力，考察了PO數(shù)目、EO數(shù)目和離子頭對(duì)延展型表面活性劑界面張力的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，長PO鏈的螺旋結(jié)構(gòu)有利于界面張力降低，而長EO鏈的空間效應(yīng)不利于降低界面張力，當(dāng)PO數(shù)目≥10且EO數(shù)目≤10時(shí)，C8PmEnC和C8PmEnS分子才可能達(dá)到超低界面張力。水溶性非離子表面活性劑Tween80會(huì)增強(qiáng)混合體系的親水性，明顯降低延展型表面活性劑的nmin值；油溶性非離子表面活性劑Span80與延展型表面活性劑分子在溶液中形成混合膠束，不影響nmin值。當(dāng)延展型表面活性劑的界面活性不夠強(qiáng)時(shí)，靶向增黏聚合物中非離子表面活性劑與其發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，界面張力升高；對(duì)于界面活性較強(qiáng)的延展型表面活性劑，靶向增黏聚合物通過調(diào)整親水親油平衡影響界面張力。未破殼和破殼靶向增黏聚合物均會(huì)進(jìn)一步降低油溶性較強(qiáng)的延展型表面活性劑的界面張力，維持超低界面張力活性。這對(duì)靶向增黏二元驅(qū)的體系設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

聚合物通過增大水相黏度，擴(kuò)大波及體積，從而有效提高原油的采收率。且聚合物驅(qū)施工技術(shù)簡(jiǎn)單、提高采收率幅度大，已經(jīng)成為國內(nèi)外最具有發(fā)展?jié)摿Φ娜尾捎头椒ㄖ?。但聚合物在注入和地下運(yùn)移時(shí)，注入設(shè)備及管道對(duì)其有一定的剪切和降解作用，聚合物的黏度會(huì)有明顯的損失。此外，配注污水中含有多種還原性物質(zhì)，也會(huì)加速聚合物的降解，造成聚合物的黏度明顯下降。微膠囊技術(shù)是以高聚物或無機(jī)材料為微型容器，將少量氣體、液體或固體物質(zhì)包覆其中，然后逐漸通過某些外部刺激或緩釋作用使被包覆物質(zhì)的功能再次在外部呈現(xiàn)出來。微膠囊技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到木材工業(yè)、醫(yī)藥、化妝品、農(nóng)用化學(xué)品、印刷、食品和液晶等各個(gè)領(lǐng)域。近年來，化學(xué)驅(qū)提高石油采收率領(lǐng)域也嘗試采用微膠囊技術(shù)解決生產(chǎn)中遇到的困難，在油管緩蝕劑、鉆井液添加劑、壓裂液破膠劑等方面都有了一定的突破。

表面活性劑通過大幅度降低原油與驅(qū)替水相間的界面張力，有效提高洗油效率，在化學(xué)驅(qū)油技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。其中，延展型表面活性劑以其優(yōu)異的性質(zhì)得到了國內(nèi)外學(xué)者們的廣泛關(guān)注。延展型表面活性劑在傳統(tǒng)表面活性劑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上引入氧丙烯（PO）基團(tuán)和氧乙烯（EO）基團(tuán)，PO基團(tuán)的弱疏水性及其獨(dú)特的螺旋結(jié)構(gòu)使其具有更好的綜合性能，如超低界面張力（IFT）、較低的臨界膠束濃度（cmc）、優(yōu)異的乳化性能等。同時(shí)，EO基團(tuán)的存在，增強(qiáng)了離子型表面活性劑抗鹽和抗二價(jià)陽離子的能力，這使延展型表面活性劑具有在高溫髙鹽油藏應(yīng)用的潛質(zhì)。驅(qū)油表面活性劑和聚合物的相互作用研究是化學(xué)驅(qū)機(jī)理研究的重要科學(xué)問題之一。為了更好的維持聚合物的使用黏度，目前室內(nèi)通過原位聚合方式合成的微膠囊聚合物與傳統(tǒng)的干粉類聚合物不同，其為乳液類增粘劑，含有界面活性的乳化劑，導(dǎo)致與表面活性劑的相互作用更加復(fù)雜，給研究工作造成較大困難。本文選取延展型表面活性劑，系統(tǒng)研究微膠囊聚合物與延展型表面活性劑的相互作用機(jī)制，闡明其影響界面張力的規(guī)律，對(duì)于微膠囊聚合物化學(xué)驅(qū)油體系的設(shè)計(jì)、優(yōu)選及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用具有指導(dǎo)作用。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要材料、試劑與儀器

微膠囊靶向增粘聚合物為外殼由微膠囊包裹、內(nèi)核為粘均分子量2 000萬~3 000萬、水解度為10%~20%的部分水解聚丙烯酰胺凝膠的反相乳液，勝利油田勘探開發(fā)研究院合成。該聚合物以白油為分散介質(zhì)、司盤80（Span80）和吐溫80（Tween80）為乳化劑、聚氨酯為成殼材料。

烷基氧丙烯氧乙烯羧酸鹽（APEC）系列表面活性劑：C8P5E5C、C8P5E10C、C8P5E15C、C8P10E5C、C8P10E10C、C8P10E15C、C8P15E5C、C8P15E10C、C8P15E15C；烷基氧丙烯氧乙烯羧酸鹽（APES）系列表面活性劑：C8P10E5S、C8P15E5S、C8P15E10S，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所合成，活性物有效含量>85%。結(jié)構(gòu)及縮寫見圖1。

圖1延展型表面活性劑的結(jié)構(gòu)及縮寫

實(shí)驗(yàn)油相為系列正構(gòu)烷烴，分析純；實(shí)驗(yàn)用水為根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)二類油藏平均礦化度配制的人工模擬水，具體組成及配方見表1。油藏溫度75℃。礦化度19.592 72 g/L。

表1模擬地層水的組成及配方

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1微膠囊聚合物溶液配制方法

微膠囊聚合物配制時(shí)，將注射器用微膠囊聚合物原液潤洗，擦干注射器外側(cè)，放在天平上清零。用注射器吸取并稱量1.00 g樣品。稱取199.000 g模擬地層水于400 mL夾套燒杯中，夾套燒杯與恒溫水浴相連，升溫至50℃。開動(dòng)槳式攪拌器，在轉(zhuǎn)速為（500±20）r/min下沿旋渦壁30 s內(nèi)慢慢加入注射器內(nèi)樣品，在攪拌速率為（700±20）r/min下攪拌0.5 h，所得溶液商品質(zhì)量濃度為5 000 mg/L。

微膠囊聚合物溶液的破殼過程為：將配制好的未破殼微膠囊聚合物溶液置于磁力攪拌器上以（300±20）r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，用滴管滴加破殼劑到一定量，繼續(xù)攪拌2 h，溶液變得黏稠，調(diào)節(jié)pH值到7，所得溶液商品質(zhì)量濃度為5 000 mg/L破殼聚合物。

1.2.2界面張力測(cè)量

使用芬蘭Kibron dIFT雙通道動(dòng)態(tài)界面張力儀，采用旋轉(zhuǎn)滴方法測(cè)定表面活性劑溶液與正構(gòu)烷烴間的界面張力。界面張力的數(shù)值在30 min內(nèi)變化小于1%時(shí)為動(dòng)態(tài)界面張力穩(wěn)態(tài)值。實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速為5 000 r/min，實(shí)驗(yàn)溫度均為油藏溫度（75.0±0.5）℃。本實(shí)驗(yàn)界面張力的實(shí)驗(yàn)誤差為±5%。