二元复合驱油体系静态吸附规律研究

张 栋，吴文祥

（东北石油大学 提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江 大庆 163318）

二元复合驱油体系静态吸附规律研究

张 栋，吴文祥

（东北石油大学 提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江 大庆 163318）

为了揭示无碱二元复合体系在地层渗流过程中界面张力及体系粘度的变化情况，首先需要对二元复合体系在地层中的吸附规律进行研究。结合大庆油田储层的实际开发条件在室内模拟其油藏温度、地下水矿化度，并通过天然岩心制成油砂测定复合体系吸附量。研究结果表明：单独聚合物体系，当浓度低于1 000 mg/L时聚合物的吸附量与其浓度成线性递增规律，后随浓度的增加呈平缓变化；单独表面活性剂体系，当浓度低于临界胶束浓度（CMC值）吸附量线性增加至峰值，后呈小幅度降低最终至平缓。由于聚/表二元复合驱油体系中聚合物的加入，在竞争吸附中可以减少了表面活性剂的吸附量。

二元复合体系；静态吸附；吸附量

随着无碱二元复合体系在油田大规模推广，大量学者对单独聚合物及表面活性剂的吸附规律已有了大量研究[1-4]。前自此国内外大量文献发表了有关于此的优秀成果已经满足此理论[5]。由于复合体系中各组分间的相互作用比单一组分更加复杂，为了进一步揭示复合体系各组分在地层空隙间的吸附程度对其驱油效率的影响程度，本文通过对二元复合体系在大庆天然油砂上的吸附实验对其吸附规律进行表征。测定了二元复合体系中聚合物、表活剂在单独及复配两种情态下的吸附量，依据静态吸附数据绘制了吸附等温线揭示吸附规律。

1 实验条件

1.1 实验材料

表面活性剂：甜菜碱表面活性剂，有效含量30%； 聚合物：相对分子质量分别为900×104、 1 900×104、、2 500×104，固含量均为90%；实验用水：大庆油田模拟地层水，矿化度3 700 mg/L；实验用油砂：大庆油田取芯井取芯后研碎待用，粒径尺寸100目～200目； 各种有机试剂：淀粉，碘化镉等。

1.2 实验步骤

按设计质量浓度配制目的液并测定溶液中各组分初始浓度记为c0，将油砂与目的液按照固液比1∶3混合，密封后振荡。后将得到的油砂与复合体系形成的浑浊液进行离心，静止后取上层清液并测定其平衡浓度记为 c。按照下述公式计算不同目的液在天然油砂上的吸附量，并更换其他目的液重复上述实验步骤：

式中： V—— 目的溶液体积,mL;

w——油砂质量,g;

c0——目的液起始浓度;

c——目的液平衡浓度。

2 实验结果分析

2.1 聚合物单一组分的静态吸附规律

为了研究研究聚合物的等温吸附规律，本文采用相对分子质量分别为900×104、1 900×104、2 500×104的聚合物，通过改变聚合物浓度分别为300、800、1 000、1 500、2 000 mg/L。分别将三种聚合物在不同浓度下的吸附量绘制成等温吸附曲线，如图1、2、3所示。

图1 相对分子质量900×104聚合物吸附等温线Fig.1 Adsorption isotherm of polymer with relative molecular mass 900×104

由图1至图3分别表征了900×104、1 900×× 104、2 500×104三种相对分子质量聚合物三的等温吸附曲线。实验结果表明：在聚合物质量浓度含量较低的情况下，聚合物的吸附量随着聚合物质量浓度的增加而增大，呈现出线性增加规律。吸附量增加到某一数值后，呈现平缓趋势，表现出吸附量对浓度变化出现一个拐点，三种相对分子质量的聚合物拐点均出现在质量浓度为1 000 mg/L附近。对于相对分子质量900×104聚合物，拐点处平衡吸附量为0.37 mg/g；相对分子质量1 900×104聚合物，拐点处平衡吸附量为0.48 mg/g；相对分子质量2 500 ×104聚合物，拐点处平衡吸附量为0.52 mg/g。吸附量随着浓度增加出现平缓拐点的原因是聚合物质量浓度在较低的情况下溶液中聚合物分子含量较低与油砂接触的几率也较低，此时聚合物分子间内部的缔合作用使其在油砂上的吸附表现为单层吸附[6,7]；当聚合物浓度进一步提高，溶液中所含聚合物分子密度增加大大提高了分子间的缔合数目，聚合物分子再油砂表面形成多层吸附。而当进一步提高聚合物浓度时，这种多层吸附趋于饱和，表现出吸附量不在增加或是缓慢增加。

图2 相对分子质量1 400×104聚合物吸附等温线Fig.2 Adsorption isotherm of polymer with relative molecular mass 1 400×104

图3 相对分子质量2 500×104聚合物吸附等温线Fig.3 Adsorption isotherm of polymer with relative molecular mass 2 500×104

2.2 表面活性剂单一组分的的静态吸附规律

研究表面活性剂单一组分在天然油砂上的等温吸附规律，本文在通过改变溶液中表面活性剂的浓度为0.03%、0.05%、0.07%、0.08%、0.09%、0.1%、0.2%、0. 3%，将不同表面活性剂浓度下的吸附量绘制成等温吸附曲线，如图4所示。

图4 不同浓度下表面活性剂吸附等温线Fig.4 Surfactant adsorption isotherms at different concentrations

实验结果表明：图4所示的表面活性剂等温吸附曲线呈三个阶段。首先，当溶液中表面活性剂分子含量较低时，吸附量随着其质量含量增加而迅速增加至峰值[8]。其次，当吸附量达到峰值后随着活性剂质量浓度的进一步增加吸附量出现小幅度降低现象。最后阶段，活性剂吸附量不随浓度的增加而发生变化，呈现出吸附平衡趋势。产生上述吸附规律的主要原因是在较低质量浓度条件下，以单分子状态存在于溶液中的活性剂分子以单层吸附为主，当溶液中活性剂的质量浓度达到临界胶束浓度时吸附量达到峰值。此时。进一步提高溶液中活性剂的质量浓度，活性剂分子间的竞争吸附作用以及胶束间的相互排斥力均不利于活性剂分子在油砂上的吸附，导致吸附量反而出现小幅度下降的结果。最终溶液中分子间的力达到一个平衡值，此时吸附量不在随质量浓度的增加而增大[9]。

2.3 二元复合体系的静态吸附规律

为了研究复合体系中聚合物对表面活性剂的等温吸附影响规律，本文采用添加相对分子质量 900 ×104聚合物、浓度1 000 mg/，将不同浓度下表面活性剂及二元复合体系的吸附量绘制等温吸附曲线进行对比分析，如图5所示。

图5 不同浓度下二元复合体系吸附等温线Fig.5 SP system adsorption isotherms at different concentrations

实验得出的吸附规律表明：由于聚合物的加入复合体系中表面活性剂在吸附量降低。这主要是因为聚合物在水溶液中呈现出负电离子，而粘土表面含正电，由于异电相吸的作用在竞争吸附中聚合物首先在油砂表面占据了吸附位，这一情况就大大减小了表面活性剂在油砂表面上的吸附机会。同时，含油聚合物的复合体系是一种粘弹特性的溶液，降低了表面活性剂分子在溶液中的运移速度，降低了其与油砂接触的机会。综上原因，聚合物可降低表面活性剂在油砂表面的吸附量。

3 结 论

（1）相对分子质量分别为900×104、1 900× 104、2 500×104的聚合物，低浓度是吸附量与其质量浓度成正比例，当聚合物浓度达到1 000 mg/L时出现拐点后呈平缓趋势；

（2）表面活性剂的吸附量随浓度的增加呈现出迅速上升、小幅度回落至平稳趋势三个阶段；

（3）在竞争吸附过程中，聚合物降低了二元复合体系中表面活性剂的吸附量。

［1］ 胡博仲．聚合物驱采油工程[M].北京：石油工业出版社，1997．

［2］ 刘莉平，杨建军．聚/表二元复合驱油体系性能研究[J]. 断块油气田，2004，11(4)：44-45．

［3］ 李政．表面活性剂在强化采油中的应用[J]. 精细化工，1994，11(5)：4-7．

［4］ 李庆莹，李之平，谢天英. 表面活性剂驱油体系：中国专利，86107891[P].1987-05-20.

［5］ 牟伯中，罗平亚．聚合物在固/液界面的吸附形态及形态参数的实验侧定方法[J]. 油田化学，1999，16(1)：91-97．

［6］ 刘歆，周凤军，张迎春．正交设计在聚合物/表面活性剂复合驱参数设计中的应用[J]. 复杂油气藏，2012，5(1)：83-865

［7］ 李书瑜．超低界面张力表活剂体系降低注水压力研究[J]. 复杂油气藏，2013，6(2)：53-56．

［8］ 崔正刚，刘世霞，何江莲．重烷基苯磺酸盐在大庆油砂上的静态吸附损失研究[J]. 油田化学，2000（04）：359-363．

［9］ 毛志宏，李干佐，徐桂英．天然混合梭酸(盐)复合驱油体系静态吸附的研[J]. 日用化学工业，1997，33（02）：9-11．

Study on the Static Adsorption Law of SP System

ZHANG Dong, WU Wen-xiang
（Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318, China）

In order to reveal the change law of interfacial tension and viscosity in the seepage flow process of two element compound system in the formation, the adsorption regularity of the SP system was studied. Combined with the actual development conditions of Daqing oil field, reservoir temperature, groundwater salinity and natural oil sand were simulated to determine the adsorption capacity of composite system. The results show that: for single polymer system, the adsorption capacity of the polymer is linear with the concentration when the concentration is lower than of 1 000 mg/L,then the change is mild with the concentration increasing; for single surfactant system, when the concentration is lower than the critical micelle concentration (CMC), the adsorption capacity of the surfactant system linearly increases to a peak value, and then decreases to a moderate extent. Due to the polymer adding in polymer / surfactant binary combination flooding oil system, the competitive adsorption action can reduce the adsorption quantity of surface active agent.

SP system; Static adsorption; Adsorption capacity

TE 357

A

1671-0460（2015）09-2078-03

国家重大专项课题“油田开采后期提高采收率新技术”(2011ZX05009-004)。

2015-08-10

张栋（1988-），男，黑龙江大庆人，博士生在读，研究方向为化学驱提高采收率。E-mail：zhangdong084@163.com。