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3種典型清水劑對不同原油組分界面穩定性、油滴聚并行為的影響（一）
來(lái)源：石油學(xué)報(石油加工) 瀏覽 136 次 發(fā)布時(shí)間:2025-06-18
聚合物驅是提高原油采收率的主要技術(shù)之一，相比水驅具有驅油效果好、提高采收率幅度大等優(yōu)點(diǎn)，但聚驅采出液的處理特別是含有殘余聚合物的含油污水(簡(jiǎn)稱(chēng)含聚污水)的處理相對水驅采出液的處理卻困難許多。含聚污水中殘余聚合物在水相中會(huì )增加水相黏度，在界面處會(huì )增加油-水界面黏彈性，導致油滴在水中穩定性增強，處理難度增大。目前可以用來(lái)處理含聚污水的絮凝劑(油田也稱(chēng)為清水劑)主要有三大類(lèi)：陽(yáng)離子清水劑、兩性離子清水劑和非離子清水劑。眾多文獻已經(jīng)報道了關(guān)于這些清水劑的合成和性能評價(jià)，但是關(guān)于上述3種清水劑在微觀(guān)上如何影響油滴穩定性的對比研究卻較少。筆者選取了3種典型清水劑，利用液滴聚并法系統研究了在模擬殘余聚合物水溶液中清水劑對不同原油組分界面穩定性的影響，對比了它們破壞油滴穩定性時(shí)作用過(guò)程的不同。
1實(shí)驗部分
1.1原料、試劑和儀器
陽(yáng)離子清水劑PAM-DAC由SNF公司提供，黏均相對分子質(zhì)量為7.2×106g/mol，陽(yáng)離子度為35%；兩性離子清水劑PDM-XS自制，黏均相對分子質(zhì)量為1.8×106g/mol，陽(yáng)離子單體與陰離子單體的質(zhì)量比為92/8；非離子清水劑DMEA1231參照文獻合成，數均相對分子質(zhì)量為4200 g/mol。原油，中海油研究總院提供，其四組分(飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì))參照中華人民共和國石油化工行業(yè)標準NB/SH/T0509-2010《石油瀝青四組分測定法》進(jìn)行分離。驅油用疏水改性聚丙烯酰胺(HMPAM)，中海油研究總院提供。甲苯、正庚烷，均購自成都科龍化學(xué)試劑廠(chǎng)。
圖1不同類(lèi)型清水劑的結構式
dIFT雙通道動(dòng)態(tài)界面張力儀，芬蘭Kibron公司產(chǎn)品；DSA30界面參數一體測量?jì)x，德國KRüSS GmbH公司產(chǎn)品。
1.2聚合物的降解及溶液配制
將HMPAM用蒸餾水溶解后(5000 mg/L)，使用高壓汞燈照射30 min，得到黏均相對分子質(zhì)量為2.08×105g/mol的模擬殘余聚合物。之后將聚合物溶液稀釋至60μg/g，同時(shí)加入1%的NaCl備用。
1.3油滴聚并實(shí)驗
以甲苯與正庚烷(體積比為1/1)為溶劑，將不同原油組分配制成為質(zhì)量分數1%的溶液作為油相，以模擬殘余HMPAM溶液為水相，利用如圖2所示的實(shí)驗裝置：由微量注射泵、彎鉤以及可加熱水槽組成，開(kāi)展油滴聚并實(shí)驗以評價(jià)液滴穩定性(或界面穩定性)。利用微量注射泵(可間斷注射)通過(guò)彎鉤注射30個(gè)30μL的油滴，由于密度差的原因，油滴會(huì )在樣品池中上??；在樣品池上層有一層油相，油滴上浮碰到油相時(shí)開(kāi)始計時(shí)，當油滴完全和油相融合時(shí)停止計時(shí)，這一段時(shí)間可以定義為油滴的聚并時(shí)間；這期間的過(guò)程利用快速攝像錄下，然后分楨計算后，得到所需聚并時(shí)間。
圖2油滴聚并實(shí)驗裝置簡(jiǎn)圖
根據Cockbain理論，油滴聚并速率常數(k)可反映油滴的穩定性，見(jiàn)公式(1)
其中，N為某一時(shí)間內未聚并的油滴數目，N0為考察的油滴總數(N0=30)，t為油滴的聚并時(shí)間，C為常數。
實(shí)驗過(guò)程中，首先在水相中不加入清水劑，測定不同原油組分油滴的聚并速率常數記為k0，加入清水劑后實(shí)驗測得油滴聚并速率常數記為k，則(k-k0)/k0的大小可以反映清水劑對油滴聚并速率的影響，如果其為正值即促進(jìn)聚并，其為負值即阻礙聚并。
2結果與討論
2.1不同原油組分油滴在含聚水相中聚并行為對比
圖3為不同原油組分油滴的聚并速率常數。由圖3可知，不同溫度下膠質(zhì)和瀝青質(zhì)油滴的聚并速率常數遠小于飽和分和芳香分，即在含聚水相中由膠質(zhì)和瀝青質(zhì)形成的油-水界面穩定性更高，破裂更難。換言之，可使油滴在含聚水相中穩定存在的原油組分為膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，其中膠質(zhì)的穩定性作用大于瀝青質(zhì)。瀝青質(zhì)、膠質(zhì)是鍵接各種極性基團(主要有含氧、含硫和含氮基團，如羰基、羧基、羥基、酚羥基、硫醚、吡咯和吡啶等)的大分子有機化合物，在油-水界面具有較強的界面活性，故可穩定油滴。一般而言，膠質(zhì)的相對分子質(zhì)量及極性基團含量均小于瀝青質(zhì)。膠質(zhì)的穩定性作用大于瀝青質(zhì)，可能是由于其相對分子質(zhì)量小，分子間作用力小于瀝青質(zhì)分子間作用力，所以有可能膠質(zhì)更易與含聚水相中的聚合物發(fā)生作用，從而增強油滴穩定性。
圖3不同原油組分油滴的聚并速率常數(k0)