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3種典型清水劑對不同原油組分界面穩(wěn)定性、油滴聚并行為的影響（一）
來源：石油學(xué)報(石油加工) 瀏覽 619 次 發(fā)布時間:2025-06-18
聚合物驅(qū)是提高原油采收率的主要技術(shù)之一，相比水驅(qū)具有驅(qū)油效果好、提高采收率幅度大等優(yōu)點，但聚驅(qū)采出液的處理特別是含有殘余聚合物的含油污水(簡稱含聚污水)的處理相對水驅(qū)采出液的處理卻困難許多。含聚污水中殘余聚合物在水相中會增加水相黏度，在界面處會增加油-水界面黏彈性，導(dǎo)致油滴在水中穩(wěn)定性增強(qiáng)，處理難度增大。目前可以用來處理含聚污水的絮凝劑(油田也稱為清水劑)主要有三大類：陽離子清水劑、兩性離子清水劑和非離子清水劑。眾多文獻(xiàn)已經(jīng)報道了關(guān)于這些清水劑的合成和性能評價，但是關(guān)于上述3種清水劑在微觀上如何影響油滴穩(wěn)定性的對比研究卻較少。筆者選取了3種典型清水劑，利用液滴聚并法系統(tǒng)研究了在模擬殘余聚合物水溶液中清水劑對不同原油組分界面穩(wěn)定性的影響，對比了它們破壞油滴穩(wěn)定性時作用過程的不同。
1實驗部分
1.1原料、試劑和儀器
陽離子清水劑PAM-DAC由SNF公司提供，黏均相對分子質(zhì)量為7.2×106g/mol，陽離子度為35%；兩性離子清水劑PDM-XS自制，黏均相對分子質(zhì)量為1.8×106g/mol，陽離子單體與陰離子單體的質(zhì)量比為92/8；非離子清水劑DMEA1231參照文獻(xiàn)合成，數(shù)均相對分子質(zhì)量為4200 g/mol。原油，中海油研究總院提供，其四組分(飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì))參照中華人民共和國石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/SH/T0509-2010《石油瀝青四組分測定法》進(jìn)行分離。驅(qū)油用疏水改性聚丙烯酰胺(HMPAM)，中海油研究總院提供。甲苯、正庚烷，均購自成都科龍化學(xué)試劑廠。
圖1不同類型清水劑的結(jié)構(gòu)式
dIFT雙通道動態(tài)界面張力儀，芬蘭Kibron公司產(chǎn)品；DSA30界面參數(shù)一體測量儀，德國KRüSS GmbH公司產(chǎn)品。
1.2聚合物的降解及溶液配制
將HMPAM用蒸餾水溶解后(5000 mg/L)，使用高壓汞燈照射30 min，得到黏均相對分子質(zhì)量為2.08×105g/mol的模擬殘余聚合物。之后將聚合物溶液稀釋至60μg/g，同時加入1%的NaCl備用。
1.3油滴聚并實驗
以甲苯與正庚烷(體積比為1/1)為溶劑，將不同原油組分配制成為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的溶液作為油相，以模擬殘余HMPAM溶液為水相，利用如圖2所示的實驗裝置：由微量注射泵、彎鉤以及可加熱水槽組成，開展油滴聚并實驗以評價液滴穩(wěn)定性(或界面穩(wěn)定性)。利用微量注射泵(可間斷注射)通過彎鉤注射30個30μL的油滴，由于密度差的原因，油滴會在樣品池中上??；在樣品池上層有一層油相，油滴上浮碰到油相時開始計時，當(dāng)油滴完全和油相融合時停止計時，這一段時間可以定義為油滴的聚并時間；這期間的過程利用快速攝像錄下，然后分楨計算后，得到所需聚并時間。
圖2油滴聚并實驗裝置簡圖
根據(jù)Cockbain理論，油滴聚并速率常數(shù)(k)可反映油滴的穩(wěn)定性，見公式(1)
其中，N為某一時間內(nèi)未聚并的油滴數(shù)目，N0為考察的油滴總數(shù)(N0=30)，t為油滴的聚并時間，C為常數(shù)。
實驗過程中，首先在水相中不加入清水劑，測定不同原油組分油滴的聚并速率常數(shù)記為k0，加入清水劑后實驗測得油滴聚并速率常數(shù)記為k，則(k-k0)/k0的大小可以反映清水劑對油滴聚并速率的影響，如果其為正值即促進(jìn)聚并，其為負(fù)值即阻礙聚并。
2結(jié)果與討論
2.1不同原油組分油滴在含聚水相中聚并行為對比
圖3為不同原油組分油滴的聚并速率常數(shù)。由圖3可知，不同溫度下膠質(zhì)和瀝青質(zhì)油滴的聚并速率常數(shù)遠(yuǎn)小于飽和分和芳香分，即在含聚水相中由膠質(zhì)和瀝青質(zhì)形成的油-水界面穩(wěn)定性更高，破裂更難。換言之，可使油滴在含聚水相中穩(wěn)定存在的原油組分為膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，其中膠質(zhì)的穩(wěn)定性作用大于瀝青質(zhì)。瀝青質(zhì)、膠質(zhì)是鍵接各種極性基團(tuán)(主要有含氧、含硫和含氮基團(tuán)，如羰基、羧基、羥基、酚羥基、硫醚、吡咯和吡啶等)的大分子有機(jī)化合物，在油-水界面具有較強(qiáng)的界面活性，故可穩(wěn)定油滴。一般而言，膠質(zhì)的相對分子質(zhì)量及極性基團(tuán)含量均小于瀝青質(zhì)。膠質(zhì)的穩(wěn)定性作用大于瀝青質(zhì)，可能是由于其相對分子質(zhì)量小，分子間作用力小于瀝青質(zhì)分子間作用力，所以有可能膠質(zhì)更易與含聚水相中的聚合物發(fā)生作用，從而增強(qiáng)油滴穩(wěn)定性。
圖3不同原油組分油滴的聚并速率常數(shù)(k0)