摘要:針對(duì)聚驅(qū)后油藏特點(diǎn)研發(fā)了黏彈性顆粒驅(qū)油劑(B-PPG)。文中研究了黏彈性顆粒驅(qū)油劑溶液與煤油間的界面張力和擴(kuò)張流變性質(zhì)，考察了鹽度、二價(jià)離子和溫度對(duì)體系界面張力及擴(kuò)張流變參數(shù)的影響。結(jié)果表明，高濃度時(shí)，B-PPG通過(guò)烷基鏈的疏水作用形成了二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提升了界面膜的強(qiáng)度，臨界締合濃度為1000mg/L。NaCl壓縮雙電層,增大了B-PPG分子的界面吸附量,界面張力顯著降低;同時(shí),由于分子間靜電相互作用減弱,擴(kuò)張彈性急劇降低,而擴(kuò)散交換的加快導(dǎo)致擴(kuò)張黏性降低。二價(jià)陽(yáng)離子的加入，造成界面分子排列的緊密程度有所降低，界面張力略有升高。二價(jià)陽(yáng)離子還可以增強(qiáng)B-PPG形成的聚集體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致擴(kuò)張彈性略有增大。升高溫度，加速了B-PPG分子的熱運(yùn)動(dòng),擴(kuò)散交換過(guò)程變快,界面膜強(qiáng)度降低。

聚合物驅(qū)是油田開發(fā)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)最重要的技術(shù)手段之一，在國(guó)內(nèi)外油田得到了廣泛的應(yīng)用。但聚驅(qū)后油藏儲(chǔ)層非均質(zhì)性加劇，剩余油分布更加分散，常規(guī)方法已經(jīng)無(wú)法滿足生產(chǎn)實(shí)踐的需要。近年來(lái)，改性聚丙烯酰胺已成為研究熱點(diǎn)，其中黏彈性顆粒驅(qū)油劑(B-PPG)由于其獨(dú)特的性能更是得以快速發(fā)展。B-PPG是通過(guò)多官能團(tuán)引發(fā)合成的高分子支化鏈與三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共存的聚丙烯酰胺,其分子結(jié)構(gòu)示意圖如Fig.1所示。這種“軟固體”凝膠顆粒以固體顆粒的形式懸浮于溶液中，具有較好的變形能力，運(yùn)移過(guò)程中時(shí)堵時(shí)驅(qū)，可以有效調(diào)節(jié)地層的非均質(zhì)性。同時(shí)，其又具有較好的耐溫抗鹽、耐老化能力。目前，B-PPG驅(qū)油劑已經(jīng)在勝利油田、河南油田推廣應(yīng)用，增油降水效果明顯。

盡管B-PPG是作為驅(qū)油劑應(yīng)用于油田現(xiàn)場(chǎng)，但主要改變的是水相性質(zhì)。由于B-PPG分子中同時(shí)存在親水的酰胺基和疏水的改性基團(tuán)，它同時(shí)又具有界面活性，能在界面上吸附成膜。油水界面膜的性質(zhì)在原油驅(qū)替和采出液處理等過(guò)程中起著關(guān)鍵的作用，而目前對(duì)B-PPG體系的界面性質(zhì)研究較少。于是本文利用界面張力和界面擴(kuò)張流變測(cè)試手段，考察了不同因素對(duì)B-PPG界面膜性質(zhì)的影響，旨在對(duì)非均相復(fù)合驅(qū)油體系的設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料

黏彈性顆粒驅(qū)油劑:由中國(guó)石化股份有限公司勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院提供，實(shí)驗(yàn)時(shí)需將其溶于蒸餾水中，攪拌、靜置，充分溶脹后制得母液，再逐步稀釋配得不同濃度的溶液;氯化鈉、六水氯化鎂、氯化鈣:分析純，北京化學(xué)試劑公司;航空煤油:北京欣環(huán)誠(chéng)潤(rùn)滑油有限公司，經(jīng)柱硅膠層析處理后用作油相，30℃時(shí)與去離子水的界面張力約為42mN/m;二次蒸餾水:電阻率大于18.2mΩ/cm。

1.2測(cè)試與表征

采用德國(guó)Dataphysics公司的OCA20界面流變測(cè)試儀進(jìn)行界面擴(kuò)張流變實(shí)驗(yàn)，根據(jù)周期振蕩的懸掛液滴的外形分析測(cè)定界面擴(kuò)張流變參數(shù)。實(shí)驗(yàn)中界面面積擴(kuò)張形變的振幅為10%，振蕩頻率為0.1 Hz。

2結(jié)果與討論

2.1 B-PPG的界面張力及界面流變性質(zhì)

B-PPG是部分支化、部分交聯(lián)的聚丙烯酰胺，其分子結(jié)構(gòu)中既含有親水基團(tuán)丙烯酰胺，又含有疏水的烷基鏈，是一種高分子量的界面活性物質(zhì)，能夠在油水界面上自發(fā)地吸附成膜，降低界面張力。Fig.2為B-PPG濃度對(duì)煤油-水界面張力和界面擴(kuò)張流變參數(shù)的影響。由Fig.2(a)可知，B-PPG溶液具有一定的界面活性，隨著其濃度增大，界面張力逐漸降低，濃度高于1000mg/L后，達(dá)到平臺(tái)值，約為25為mN/m。由Fig.2(b)可以看出，濃度低于1000mg/L時(shí)，B-PPG形成的界面膜強(qiáng)度較低，擴(kuò)張彈性和擴(kuò)張黏性隨濃度緩慢增大。擴(kuò)張彈性從約25mN/m升高到35mN/m，擴(kuò)張黏性從約1mN/m升高到10mN/m;當(dāng)B-PPG濃度大于1000mg/L時(shí)，隨著濃度的增大，界面膜的擴(kuò)張彈性顯著升高，濃度達(dá)到2000mg/L時(shí),擴(kuò)張彈性高達(dá)90mN/m;而擴(kuò)張黏性變化不大，僅上升到約20mN/m。

B-PPG從本質(zhì)上而言，是一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的疏水改性聚丙烯酰胺。文獻(xiàn)報(bào)道，疏水改性的納米二氧化硅顆粒隨濃度升高，可以通過(guò)顆粒間的疏水作用形成聚集體。因此，當(dāng)體相中B-PPG濃度升高至某一數(shù)值時(shí)，B-PPG分子間可通過(guò)疏水相互作用形成締合結(jié)構(gòu)，與疏水締合聚合物類似，此濃度也可稱為臨界締合濃度(Critical associating concentration，CAC)。與表面活性劑的臨界膠束濃度類似，B-PPG的單體濃度在CAC后不再增大，多余的B-PPG分子形成聚集體，進(jìn)而形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，達(dá)到大幅度增加體相黏度的效果。

結(jié)合Fig.2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出本文研究的B-PPG在蒸餾水中的CAC值為1000mg/L。濃度高于CAC后，B-PPG單體濃度不變，界面吸附達(dá)到飽和，因此界面張力達(dá)到平臺(tái)值。然而，界面膜結(jié)構(gòu)則隨體相濃度繼續(xù)增大而發(fā)生轉(zhuǎn)變:CAC之前，界面膜由單個(gè)B-PPG分子組成，膜強(qiáng)度較低;CAC后，隨著體相中聚集體的形成，B-PPG在界面上也能通過(guò)烷基鏈的疏水作用形成分子間相互纏繞的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這種二維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成界面亞層，從而增大了界面膜的強(qiáng)度。由于這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以彈性為主，因此CAC后擴(kuò)張黏性的增加幅度與CAC前相近。