摘要

為了設計高效的靶向增黏二元驅油體系，研究了微膠囊乳液型聚合物對延展型表面活性劑界面張力的作用機制。采用旋轉滴方法測定了羧酸鹽和硫酸鹽類(lèi)延展型表面活性劑（C8PmEnC和C8PmEnS）與正構烷烴間的界面張力，考察了PO數目、EO數目和離子頭對延展型表面活性劑界面張力的影響規律。實(shí)驗結果表明，長(cháng)PO鏈的螺旋結構有利于界面張力降低，而長(cháng)EO鏈的空間效應不利于降低界面張力，當PO數目≥10且EO數目≤10時(shí)，C8PmEnC和C8PmEnS分子才可能達到超低界面張力。水溶性非離子表面活性劑Tween80會(huì )增強混合體系的親水性，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n(yōu)min值。當延展型表面活性劑的界面活性不夠強時(shí)，靶向增黏聚合物中非離子表面活性劑與其發(fā)生競爭吸附，界面張力升高；對于界面活性較強的延展型表面活性劑，靶向增黏聚合物通過(guò)調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。這對靶向增黏二元驅的體系設計具有指導意義。

聚合物通過(guò)增大水相黏度，擴大波及體積，從而有效提高原油的采收率。且聚合物驅施工技術(shù)簡(jiǎn)單、提高采收率幅度大，已經(jīng)成為國內外最具有發(fā)展潛力的三次采油方法之一。但聚合物在注入和地下運移時(shí)，注入設備及管道對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(wú)機材料為微型容器，將少量氣體、液體或固體物質(zhì)包覆其中，然后逐漸通過(guò)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出來(lái)。微膠囊技術(shù)已經(jīng)廣泛應用到木材工業(yè)、醫藥、化妝品、農用化學(xué)品、印刷、食品和液晶等各個(gè)領(lǐng)域。近年來(lái)，化學(xué)驅提高石油采收率領(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(guò)大幅度降低原油與驅替水相間的界面張力，有效提高洗油效率，在化學(xué)驅油技術(shù)中得到廣泛應用。其中，延展型表面活性劑以其優(yōu)異的性質(zhì)得到了國內外學(xué)者們的廣泛關(guān)注。延展型表面活性劑在傳統表面活性劑結構的基礎上引入氧丙烯（PO）基團和氧乙烯（EO）基團，PO基團的弱疏水性及其獨特的螺旋結構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基團的存在，增強了離子型表面活性劑抗鹽和抗二價(jià)陽(yáng)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用的潛質(zhì)。驅油表面活性劑和聚合物的相互作用研究是化學(xué)驅機理研究的重要科學(xué)問(wèn)題之一。為了更好的維持聚合物的使用黏度，目前室內通過(guò)原位聚合方式合成的微膠囊聚合物與傳統的干粉類(lèi)聚合物不同，其為乳液類(lèi)增粘劑，含有界面活性的乳化劑，導致與表面活性劑的相互作用更加復雜，給研究工作造成較大困難。本文選取延展型表面活性劑，系統研究微膠囊聚合物與延展型表面活性劑的相互作用機制，闡明其影響界面張力的規律，對于微膠囊聚合物化學(xué)驅油體系的設計、優(yōu)選及現場(chǎng)應用具有指導作用。

1實(shí)驗部分

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、內核為粘均分子量2 000萬(wàn)~3 000萬(wàn)、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(kāi)發(fā)研究院合成。該聚合物以白油為分散介質(zhì)、司盤(pán)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%。結構及縮寫(xiě)見(jiàn)圖1。

圖1延展型表面活性劑的結構及縮寫(xiě)

實(shí)驗油相為系列正構烷烴，分析純；實(shí)驗用水為根據現場(chǎng)二類(lèi)油藏平均礦化度配制的人工模擬水，具體組成及配方見(jiàn)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，放在天平上清零。用注射器吸取并稱(chēng)量1.00 g樣品。稱(chēng)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(kāi)動(dòng)槳式攪拌器，在轉速為（500±20）r/min下沿旋渦壁30 s內慢慢加入注射器內樣品，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(guò)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的轉速攪拌，用滴管滴加破殼劑到一定量，繼續攪拌2 h，溶液變得黏稠，調節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界面張力測量

使用芬蘭Kibron dIFT雙通道動(dòng)態(tài)界面張力儀，采用旋轉滴方法測定表面活性劑溶液與正構烷烴間的界面張力。界面張力的數值在30 min內變化小于1%時(shí)為動(dòng)態(tài)界面張力穩態(tài)值。實(shí)驗轉速為5 000 r/min，實(shí)驗溫度均為油藏溫度（75.0±0.5）℃。本實(shí)驗界面張力的實(shí)驗誤差為±5%。