疏水締合聚合物剪切降解對SZ36-1 油田采出水穩(wěn)定性影響

肖娜，林梅欽，馬超

(1.長江大學(xué) 石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100;2.中國石油大學(xué)提高采收率研究中心，北京 102249)

聚丙烯酰胺及其衍生物在三次采油中發(fā)揮了重要作用［1-2］。在聚合物驅(qū)油過程中，聚合物水溶液在地下巖層中將經(jīng)歷較長時(shí)間的流動(dòng)，經(jīng)受復(fù)雜作用，會(huì)產(chǎn)生不同程度的降解。關(guān)于聚丙烯酰胺及其部分水解產(chǎn)物的降解已進(jìn)行了多方面研究［3-4］。但是關(guān)于疏水締合聚合物的降解以及降解后對采出液穩(wěn)定性的影響還鮮有報(bào)道。

本文使用剪切儀將疏水締合聚合物溶液在不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)行剪切以模擬聚合物的降解。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

SZ36-1 油田A7 井原油［含瀝青質(zhì)18.17%，膠質(zhì)40.65%，黏度70 mPa·s(50 ℃)］;煤油;AP-P4陽離子型疏水締合聚合物(相對分子質(zhì)量0.8 ×107～1.0 ×107，疏水基含量0.20%，水解度25.6%);氯化鈉、碳酸鈉、硫酸鈉、氯化鎂、碳酸氫鈉、無水氯化鈣均為分析純;模擬水，離子組成見表1。

表1 模擬水組成Table 1 Ingredients of formation water

SVR·S 型界面粘彈性儀;DCAT-21 型表面張力和接觸角儀;Nano-ZS 型納米粒度儀;Zeta 電位分析儀。

1.2 模擬油的配制

稱取一定質(zhì)量的脫水原油，加入適量吸附處理后的煤油，搖勻，配制成原油模擬油。

1.3 測Zeta 電位乳狀液制備

由于油田采出水中油含量不是太高，而且粒子濃度過大時(shí)，帶電粒子間的相互作用會(huì)影響粒子的電泳淌度測定值，因此在測定乳狀液中油滴Zeta 電位時(shí)，乳狀液的配制過程中，油水比選為V(油)∶V(水)=1∶100。

1.4 性能測試

1.4.1 界面張力測定 模擬油與聚合物溶液間的界面張力采用掛片法，用表面張力和接觸角儀測定，測定溫度為30 ℃。

1.4.2 界面剪切粘度測定 模擬油與聚合物溶液間的界面剪切粘度采用雙錐擺法，用表面粘彈性儀測定，測定溫度為30 ℃。

1.4.3 Zeta 電位的測定 將適量的油水混合物于6 000 r/min 的條件下剪切2 min，放置24 h。取液面下2 cm 處樣品進(jìn)行測定，測定溫度為30 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同剪切降解的聚合物溶液對原油模擬油體系界面張力的影響

用高剪切混合乳化機(jī)在不同剪切速率下將聚合物溶液剪切5 min。聚合物溶液質(zhì)量濃度為200 mg/L。圖1 為不同剪切降解的聚合物溶液與原油模擬油體系間的界面張力。

圖1 原油模擬油/不同剪切降解聚合物溶液界面張力Fig.1 Interfacial tension of model oil and polymer solution with different shear degradation degree

由圖1 可知，聚合物剪切時(shí)，剪切速率低于6 000 r/min 時(shí)，體系界面張力值差別不大，當(dāng)剪切速率增加到8 000 r/min 時(shí)，體系界面張力明顯降低，即剪切程度變大，使聚合物降解，聚合物分子鏈變短，在油水界面處吸附能力降低，原油中界面活性組分在油水界面處吸附能力相應(yīng)增加，導(dǎo)致體系油水界面張力降低。

2.2 不同剪切降解的聚合物溶液對原油模擬油體系界面剪切粘度的影響

圖2 為原油模擬油/不同剪切速率聚合物溶液界面剪切粘度。

圖2 原油模擬油/不同剪切降解聚合物溶液界面剪切粘度Fig.2 Interfacial shear viscosity of model oil and polymer solution with different shear degradation degree

由圖2 可知，隨剪切程度的增加，聚合物溶液與模擬油間的界面剪切粘度減小。在剪切速率較小時(shí)，其界面剪切粘度值與沒有經(jīng)剪切的相比下降不是很大，說明當(dāng)聚合物溶液受剪切作用較小時(shí)，聚合物與模擬油形成的界面膜強(qiáng)度變化不大。當(dāng)剪切速率達(dá)到8 000 r/min 時(shí)，界面剪切粘度值下降很大，其吸附在油水界面上形成的界面膜強(qiáng)度減小。由于溶液中存在長鏈大分子聚合物時(shí)，較大的聚合物分子參與界面膜的形成，使界面剪切粘度增加;當(dāng)聚合物被剪切斷鏈后，短鏈聚合物分子擴(kuò)散到界面上，不足以形成具有一定強(qiáng)度的界面膜，破壞了原有界面膜的整體性，導(dǎo)致了界面膜強(qiáng)度降低。

2.3 不同剪切降解的聚合物對原油模擬油體系油滴表面Zeta 電位的影響

圖3 為質(zhì)量濃度200 mg/L 的聚合物溶液在不同剪切速率下剪切降解后與1%原油模擬油乳化所形成的油滴表面Zeta 電位。

由圖3 可知，在剪切速率較低時(shí)，隨聚合物所受剪切作用增大，油滴表面的Zeta 電位的絕對值有所降低，但變化不大;當(dāng)剪切速率增加到4 000 r/min時(shí)，油滴表面的Zeta 電位的絕對值增加。剪切速率繼續(xù)增加，油滴表面的Zeta 電位的絕對值也繼續(xù)增加。說明疏水締合聚合物在較高剪切速率作用下，其對油滴表面的Zeta 電位有較大影響。疏水締合聚合物在剪切作用下，其分子鏈發(fā)生斷鏈，使長鏈高分子變成許多短鏈小分子，溶液中小分子物質(zhì)增多，這些帶有負(fù)電荷的小分子在油水界面處吸附，使油滴表面所帶負(fù)電荷增加，從而導(dǎo)致剪切速率較高時(shí)，疏水締合聚合物溶液與模擬油乳化形成的油滴表面Zeta 電位絕對值增加。

圖3 不同剪切降解聚合物與原油模擬油體系Zeta 電位Fig.3 Zeta potential of model oil and polymer solution with different shear degradation degree

3 結(jié)論

(1)剪切速率低于6 000 r/min 時(shí)，聚合物溶液與模擬油間油水界面張力值差別不大，當(dāng)剪切速率增加到8 000 r/min 時(shí)，其界面張力明顯降低。

(2)隨著剪切速率的增加，聚合物溶液與模擬油間的界面剪切粘度減小。

(3)隨著剪切速率的增加，聚合物溶液/模擬油體系Zeta 電位的絕對值先小幅降低后再增加;剪切速率增加到4 000 r/min 以上時(shí)，油滴表面的Zeta 電位絕對值隨剪切速率增加而增加。

［1］ 王啟民，冀寶發(fā)，隋軍，等.大慶油田三次采油技術(shù)的實(shí)踐與認(rèn)識［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2001，20(2):1-8.

［2］ 王德民.發(fā)展三次采油新理論新技術(shù)，確保大慶油田持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2001，20(2):9-13.

［3］ 朱麟勇，常志英，李妙貞，等.部分水解聚丙烯酰胺在水溶液中的氧化降解溫度的影響［J］.高分子材料科學(xué)與工程，2000，16(1):113-116.

［4］ 朱麟勇，常志英，李明宇，等.部分水解聚丙烯酰胺在水溶液中的氧化降解有機(jī)雜質(zhì)的影響［J］.高分子材料科學(xué)與工程，2000，16(2):112-114.