无碱二元复合体系界面张力影响因素研究

张强 侯岳 翁大丽 陈平

摘 要：探讨了了表面活性剂浓度、聚合物浓度、温度、二价离子、矿化度等因素对表面活性剂体系界面特性的影响。评价该新型无碱二元复合体系界面张力能够达到10-3数量级的油藏应用条件。研究结果表明：二元复合体系在很低的活性剂浓度（0.005%）与原油间的界面张力达到超低；聚合物浓度对二元体系与原油间的界面张力影响较大；配制二元体系用水中矿化度、二价离子对复合体系界面张力影响不大，该活性剂能够适合于较高矿化度或者二价离子浓度含量较高的油层；温度对二元复合体系的界面张力基本无影响，在45～80 ℃范围区间内均可以达到超低。

关 键 词：超低界面张力；活性剂浓度；矿化度；温度

中图分类号：TQ 028 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）04-0690-03

Abstract： The influence of surfactant concentration， polymer concentration， temperature， divalent ions， salinity and other factors on the surfactant system interface was discussed. Application conditions of new alkali-free binary composite system with interfacial tension of 10-3 magnitude were evaluated. The results show that， the interfacial tension between crude oil and the binary composite system can reach to ultralow when the surfactant concentration is at low surfactant concentration （0.005%）. Polymer concentration has greater impact on the interfacial tension. The mineralization degree and two-valence ions have little effect on the interfacial tension of the composite system. The active agent can be adapted to the reservoir with high salinity or high concentrations of divalent ion content. Temperature has no effect on the interfacial tension， and it can reach ultra low in the range of 45～80 ℃.

Key words： Ultra low interfacial tension； Active agent concentration； Salinity； Temperature

无碱二元复合体系由于其兼具了聚合物和表面活性剂两者的特性，依据毛管数理论该体系不但可以提高驱替相粘度还可以降低油水间的界面张力，两者均可以提高毛管力增加原油采收率[1-4]。其中，要想使毛管数值在水驱基础上再增高102～104个数量级，复合体系的界面张力值就应降低到10-3数量级，既超低界面张力[5-7]。由于复合体系中各组分用量及油藏条件对二元体系界面张力影响较大，本文评价了这些应先因素对二元复合体系的影响程度，对油田开展无碱二元复合驱具有一定的指导意义。

1 界面张力的测定条件及方法

1.1 无碱二元复合体系的配制条件

实验用聚合物为聚丙烯酰胺，其相对分子质量为 1 400×104，固含量均为90%；实验用活性剂：自主合成的活性剂YHS系列，该活性剂呈浅黄色膏状、具有芳基烷基结构，有效含量30%，分子量较大，克拉夫特温度约为50 ℃；配制无碱二元复合体系用水：某油田回注污水，矿化度6 000 mg/L，其中Ca2+67.8 mg/L，Mg2+40.2 mg/L；实验温度：除温度对界面影响外其余实验方案温度均为45 ℃。

1.2 实验仪器

由美国德州大学仪器公司生产的Texas-500型旋滴界面张力仪仪测定油水界面张力。

1.3 界面张力测定方法及原理

通过界面张力测定，得到不同界面张力特征的二元复合驱油体系。

2 无碱二元复合体系界面张力影响因素评价

2.1 表面活性剂对界面张力的影响

将无碱二元复合体系的界面张力随不同YHS浓度的变化规律绘制如图1所示。依据图中曲线规律可以得出，在无碱的情况下YHS二元复合体系即使在较低的活性剂用量情况下（0.005%）就可以达到超低界面张力（10-3mN/m数量级及以下）。随着活性剂浓度的增加，界面张力变化不大，依旧可以维持在10-3mN/m数量级及以下，说明该活性剂组成的二元复合体系生超低界面张力的浓度范围较宽。

但是，改表面活性剂与原油间的油水界面张力，依旧表现出了随着活性剂浓度增加界面张力降低的特性。这还是由于活性剂分子在低浓度下呈单分子状态分布，使得其定向的排列在油水界面上，导致油水界面张力值较高。但是改活性剂的有点在于在较低的活性剂浓度下，界面张力依旧保持在10-3mN/m数量级及以下。

2.2 聚合物对界面张力的影响

将无碱二元复合体系的界面张力随聚合物浓度的变化规律绘制如图2所示。

实验规律表明聚合物浓度对界面张力的影响较大，随着聚合物浓度的增加界面张力升高。由于活性剂分子是小分子基团，聚丙烯酰胺的加入，其特有的大分子基团将会与活性剂小分子基团争夺界面位置，甚至对活性剂分子形成聚集体；聚丙烯酰胺的加入也会增加复合体系粘度增加了分子间扩散的阻力，这些都导致了油水界面上活性剂分子的吸附量，大大影响了二元复合体系的界面张力[8-10]。

2.3 矿化度、二价离子对界面张力的影响

因为配置无碱二元复合体系的污水总还有矿物质及金属阳离子，这些离子对体系的界面张力影响较大。先将无碱二元复合体系的界面张力随矿化度浓度的变化规律绘制如图3所示，将无碱二元复合体系的界面张力随二价离子浓度的变化规律绘制如图4所示。实验结果表明：YHS表面活性剂配置的二元复合体系体系随着矿化度及二价离子浓度的影响比较小，YHS表面活性剂表现出较好的抗盐特性。当配置溶液水矿化度达到125 000 mg/L，其中水中二价离子浓度为1 500 mg/L时，二元复合体系体系与原油间的界面张力仍维持在10-3 mN/m数量级及以下。

但界面张力随着矿化度及二价离子浓度的增加依旧发生小范围的波动，这种影响的主演要原因是由于水中阳离子增大了表面活性剂分子向油水界面扩散的速率并且阳离子可以进入双电层使界面层中活性剂分子排列更紧密。另一方面，金属阳离子对二元体系聚合物分子发生蜷曲，间接影响二元体系界面张力。

2.4 温度对界面张力的影响

油藏温度是影响二元复合体系性能的一个重要因素，为了评价该二元复合体系的应用条件，将0.01%、0.1%、0.3%三个活性剂浓度条件下的二元复合体系界面张力随温度的变化规律绘制如图5。实验规律表明：在温度从45 ℃升到80 ℃这一区间，YHS表面活性剂与聚合物组成的二元复合体系均能保持在超低界面张力，表明该二元复合体系具有一定的耐温性。

该无碱二元复合体系尽管在45 ℃到80 ℃下与原油间的界面张力达到了10-3 mN/m数量级及以下。同时在45 ℃下，该表面活性剂水溶性较差，这主要是因为活性剂胶团和单个活性剂分子的混合状态存在。所以即使较低温度下界面张力值较低，但该种活性剂更适合于高温油田。

3 结 论

二元复合体系在很低的活性剂浓度（0.005%）就可与原油间的界面张力达到超低。但聚合物浓度对二元体系与原油间的界面张力影响较大。而配制二元体系用水中矿化度、二价离子对复合体系界面张力影响不大。该活性剂能够适合于较高矿化度或者二价离子浓度含量较高的油层。温度对二元复合体系的界面张力基本无影响，在45～80 ℃范围区间内均可以达到超低，考虑到活性剂的溶解性，该二元复合体系更适用于高温油田。。

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