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复合驱中聚合物与阴离子表面活性剂的协同作用研究-芬兰Kibron-上海91免费福利导航科技有限公司

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    复合驱中聚合物与阴离子表面活性剂的协同作用研究

    来源: 浏览 5 次 发布时间:2025-09-23

    随着常规油田开发进入中后期,提高原油采收率(Enhanced Oil Recovery, EOR)已成为石油工业可持续发展的关键技术之一。在众多EOR方法中,化学驱,特别是聚合物驱和表面活性剂驱,因其能够有效改善油藏流体的流动性和降低油水界面张力而受到广泛关注。近年来,二元复合驱(即聚合物-表面活性剂复合体系)因其在宏观流度控制与微观驱油效率方面的协同增效作用,成为三次采油技术的重要发展方向。聚合物主要通过增加水相粘度、改善流度比来扩大波及体积;而表面活性剂则通过显著降低油水界面张力,促进残余油滴的剥离与运移,从而提高洗油效率。将二者复配使用,不仅可实现性能互补,更可能产生超越单一组分的协同效应,进一步提升驱油效率。


    本文聚焦于阴离子表面活性剂金塔1号(JT-1)与多种聚合物的复合体系,系统研究其在模拟三次采油采出液环境下的相互作用机制与性能表现。研究选取了典型阴离子型聚合物(如部分水解聚丙烯酰胺,HPAM)及中性聚合物(如聚丙烯酰胺,PAM)作为代表,考察其与JT-1在不同条件下的协同行为。实验体系以实际二元复合驱采出污水为背景,充分考虑矿化度、温度、浓度等现场关键参数的影响,确保研究结果具有良好的现场应用指导意义。


    在体相性能方面,采用旋转流变仪和悬滴界面张力仪分别对复合体系的流变特性与动态界面张力行为进行了系统表征。结果表明,聚合物的引入显著改变了JT-1溶液的流变学行为。无论是阴离子型还是中性聚合物,与JT-1复配后均能形成具有较高表观粘度的混合溶液,且粘度随聚合物浓度和分子量的增加而显著提升。这归因于聚合物长链分子在溶液中形成的缠结网络结构,以及其与表面活性剂分子之间可能存在的弱相互作用(如静电、氢键或疏水缔合),从而增强了体系的结构粘度。值得注意的是,尽管高分子量和高浓度聚合物有助于提升体系粘度,但同时也延长了油水界面张力达到平衡所需的时间。这一现象可能与聚合物分子在界面处的扩散阻力增大、阻碍表面活性剂分子快速吸附至界面有关。

    在界面性能方面,复合体系展现出优异的界面活性。在适宜配比下,JT-1与聚合物复配后可实现超低油水界面张力(达10⁻³ mN/m量级),表明二者在界面层存在协同吸附或界面结构优化效应。然而,环境因素对体系性能具有显著影响。升高温度和矿化度均导致体系粘度下降,这主要由于高温加剧了聚合物链的热运动,削弱了分子间相互作用,同时高温也可能促进表面活性剂胶束结构的变化;高矿化度则通过压缩聚合物链上的双电层,导致分子链收缩甚至部分沉淀,从而降低其增粘能力。此外,高离子强度环境下,表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)发生变化,界面吸附动力学加快,因此界面张力平衡时间缩短。


    为深入探究聚合物与表面活性剂在多孔介质中的吸附行为及其竞争机制,本研究采用天然露头岩心砂作为吸附基质,结合高效液相色谱(HPLC)技术定量分析了单一组分与复合体系中各组分的吸附量。实验结果显示,在复合体系中,聚合物的吸附量较其单独存在时明显减少,而表面活性剂的吸附行为则受聚合物类型和浓度影响较大。该现象揭示了聚合物与表面活性剂在岩石表面存在竞争吸附关系:一方面,聚合物分子优先占据岩石表面的吸附位点,形成吸附层,从而抑制了后续表面活性剂的吸附;另一方面,表面活性剂分子也可能通过改变表面润湿性或与聚合物形成共吸附结构,间接影响聚合物的吸附构型。这一竞争机制对于控制化学剂损耗、优化注入策略具有重要意义。


    进一步地,通过长期静态吸附实验结合界面张力与流变性监测,评估了复合体系在岩心砂环境中的长期稳定性。结果表明,在经历较长时间(数天至数周)接触后,复合体系的粘度和界面张力仍能保持相对稳定,未出现明显的性能衰减或相分离现象,说明该体系在模拟地层环境中具备良好的化学稳定性与抗吸附能力,有利于在油藏深部维持驱油性能。


    为进一步揭示分子尺度上的吸附过程与界面膜形成机制,本研究采用石英晶体微量天平(QCM-D)技术,在模拟矿物表面(SiO₂芯片)上实时监测了单一组分及复合体系的吸附动力学。QCM-D通过测量晶体谐振频率(ΔF)和耗散因子(ΔD)的变化,可灵敏反映吸附层的质量、粘弹性及结构致密性。实验发现,单一聚合物和表面活性剂均能在SiO₂表面形成稳定的吸附膜,其吸附曲线呈现典型的Langmuir型特征。然而,当两者共存时,吸附行为显著复杂化,出现L型或S型吸附曲线,ΔF和ΔD值均明显增大,表明复合体系在界面形成了更厚、更具粘弹性的吸附层。这种增强的吸附可能是由于聚合物与表面活性剂之间在界面上形成了聚集体或复合物,导致更多质量沉积并形成松散多孔的凝胶状结构。


    特别地,针对不同聚合物种类的对比实验发现,以1500 mg/L浓度的聚表剂型聚合物与0.3% JT-1配制的二元体系,在SiO₂表面表现出最强的初始溶胀能力,对应QCM-D信号变化最为显著。该体系所形成的吸附膜对模拟油膜具有优异的剥离能力,可将附着油膜厚度降低至15.2 nm,显示出最佳的界面去污效果。这一结果暗示,特定结构的聚合物(如具有表面活性功能基团的聚表剂)与阴离子表面活性剂之间可能存在更强的分子间协同作用,有利于在矿物表面构建高效的驱油界面。


    综上所述,本研究通过多尺度、多方法的实验手段,系统阐明了阴离子表面活性剂JT-1与不同类型聚合物在复合驱条件下的协同作用机制。研究证实,聚合物与表面活性剂的复配不仅能实现粘度与界面张力的双重优化,还在吸附行为、界面膜结构及长期稳定性方面展现出复杂的相互作用。这些发现为优化二元复合驱配方设计、降低化学剂损耗、提升驱油效率提供了重要的理论依据和实验支持,对推动化学复合驱技术在高盐、高温等复杂油藏条件下的规模化应用具有积极意义。未来研究可进一步拓展至更多聚合物-表面活性剂组合、考虑三元复合体系(加入碱)的影响,并结合分子模拟手段深入揭示其微观作用机理。


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