磺基甜菜碱sb复配体系界面特性研究

磺基甜菜碱sb复配体系界面特性研究

三组分复合驱油具有丰收率高、相对简单等特点。然而，在油田三组分复合驱油试验中，萃取乳液和结垢是第一个阻碍其推广应用的技术问题之一。此外,碱的加入还大幅度降低了聚合物溶液的粘弹性,进而降低驱油体系的波及效率和驱油效果。因此,无碱表面活性剂—聚合物二元复合驱油体系由于可以兼顾聚合物溶液的粘弹性和表面活性剂的界面特性,减弱由于碱引起的腐蚀结垢现象,已引起广泛重视。磺基甜菜碱SB系列表面活性剂是新型的两性表面活性剂,具有较好的环保作用,对于该类表面活性剂,很少有文献报道。笔者利用仪器检测和理论分析,研究了磺基甜菜碱SB系列复配体系与大庆原油间的界面特性、界面特性时间稳定性及其与聚合物配伍性等。同时由于磷酸钠是一种比碳酸钠还要弱的碱,对地层几乎没有伤害,且在很多情况下磷酸钠被用作化学驱中表面活性剂的牺牲剂。因此,笔者还研究了不同质量分数的磷酸钠对其界面张力的影响规律,并对相关作用机理进行了分析,为矿场应用决策提供依据。1实验用表面活性剂实验用水为大庆油田采油四厂回注污水,矿化度为3700mg/L,Ca2+的质量浓度为56.1mg/L,Mg2+的质量浓度为36.46mg/L。实验用油为大庆油田采油四厂脱气脱水原油,45℃时粘度为18.7mPa·s,密度为0.8795g/cm3。实验用表面活性剂为磺基甜菜碱SB系列表面活性剂,其具有芳基烷基结构,相对分子质量较大,呈浅黄色膏状,克拉夫特点约为50℃。实验用聚合物为部分水解聚丙烯酰胺干粉,相对分子质量为1900×104,简称高分聚合物,固含量为90.5%。实验温度为大庆油田油藏温度45℃。实验设备包括DV-Ⅱ型布什粘度计、TX500C旋转界面张力仪和UFE-500恒温箱等。2结果与分析2.1复配表面活性剂的复配比对复配体系界面张力的影响单一结构的表面活性剂只在所测试的某些点上与大庆油田油水的界面张力达到超低(小于10-3mN/m数量级)。而在相同条件下,2种或几种表面活性剂的复配体系可使表面活性剂达到最佳的亲油亲水值,且可使表面活性剂的亲油基与原油性质尽可能地接近,界面张力达到超低。因此,对SB复配体系进行初步探讨和摸索。经过反复实验,选定SB4和SB1作为复配用表面活性剂,其中以SB4为主表面活性剂,SB1为复配用表面活性剂,为分析复配比对体系界面张力的影响,在SB4—SB1的复配比(即质量比)分别为98∶2,96∶4,95∶5,94∶6,93∶7,90∶10,70∶30,50∶50和30∶70,在复配表面活性剂质量分数分别为0.05%,0.1%和0.3%的条件下,对各复配体系的界面张力进行测定。实验结果表明(图1),SB4—SB1复配比对复配体系与原油间界面张力存在影响,其中,SB4—SB1复配比为96∶4,95∶5和94∶6时,3种质量分数的复配体系与大庆油田原油间的界面张力均能达到10-3mN/m超低界面张力,这说明SB4—SB1复配效果较好的复配比为96∶4,95∶5和94∶6。2.2复配表面活性剂体系放置时间对界面张力的影响为研究SB4—SB1复配体系与原油间界面张力的时间稳定性,特配制质量分数为0.3%的复配体系,复配比为96∶4,95∶5和94∶6,然后将体系密封放置在45℃恒温箱内。在放置时间分别为1,2,5,10,20,35和50d时,进行油水界面张力测试。从测试结果可知(表1),复配表面活性剂体系放置时间对该体系与原油间的界面张力存在影响,且复配比不同,界面张力随时间的变化规律不同。随着放置时间的延长,3种复配体系与原油间的界面张力均呈现先减小后增大的趋势,但具体变化值略有不同。当SB4—SB1复配比为96∶4和95∶5,放置时间小于5d时,复配体系与原油间的界面张力随时间延长逐渐减小,且在相同的测试时间条件下,SB4—SB1复配比为96∶4时界面张力较小;当放置时间超过5d后,界面张力随时间延长则逐渐增大,增加幅度先大后小。当SB4—SB1复配比为94∶6时,放置时间为2d的界面张力达到最低,为3.53×10-3mN/m,之后随着时间的延长逐渐增大,且界面张力值和其增大幅度均居三者之最,与96∶4和95∶5相比效果最差。2.3总磷酸钠-磷酸钠体系的界面张力在SB4—SB1复配体系中加入质量分数分别为0,0.2%,0.4%和0.6%的磷酸钠,测试复合体系界面张力的变化规律,结果表明(图2),加入磷酸钠后复合体系与原油间的界面张力值明显低于不加磷酸钠的体系,即磷酸钠的加入可以进一步降低SB4—SB1复配体系的界面张力。进一步分析发现,加入质量分数0.2%的磷酸钠时,复合体系与原油间的界面张力值低于加入质量分数为0.4%和0.6%的磷酸钠体系,这说明加入的磷酸钠存在最佳的质量分数,该值可以使体系达到超低界面张力,超过或低于该值时复合体系与原油间的界面张力不会达到超低数量级。2.4界面张力测试在质量浓度为1500mg/L的高分聚合物溶液中分别加入3种复配比为94∶6,95∶5和96∶4的复配体系,每种体系的表面活性剂质量分数分别为0.05%,0.1%,0.2%和0.3%,测试二元复合体系界面张力。由测试结果可知(图3),高分聚合物对SB4—SB1复配体系界面张力存在影响。当在SB4—SB1复配体系中加入聚合物后,油水界面张力只在个别点达到超低(10-3数量级)。这主要是由于聚合物的加入大大提高了溶液的体相粘度,同时使更多的表面活性剂分子进入聚合物的疏水微区,从而降低了溶液中自由表面活性剂分子数量,增加了表面活性剂分子向表面运移的阻力,导致体系界面特性变差,油水界面张力变大。2.5复配表面活性剂添加表面活性剂后的界面张力由于在SB4—SB1复配体系中加入高分聚合物后,只有个别点界面张力超低,效果不理想,因此又研究了聚合物对SB4—SB11复配体系与原油间界面张力的影响,SB4—SB11复配比分别为95∶5,90∶10,85∶15,80∶20,75∶25,70∶30,60∶40和50∶50,聚合物质量浓度为1500mg/L,由体系界面张力测试结果可知(图4),当复配体系中SB4—SB11复配比为90∶10,70∶30,60∶40和50∶50时,聚合物—复配表面活性剂二元复合体系界面张力值达到超低(10-3数量级),较SB4—SB1复配体系的效果明显变好。3复配体系表面张力在SB4—SB1复配比为96∶4,95∶5和94∶6时,质量分数分别为0.05%,0.1%和0.3%的体系与大庆油田原油间的界面张力均能达到10-3mN/m超低界面张力。随着SB4—SB1复配体系放置时间的延长,复配体系与原油间的界面张力呈现先减小后增大的变化趋势。磷酸钠对S