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不同因素对黏弹性颗粒驱油剂界面张力及扩张流变参数的影响(二)
来源:高分子材料科学与工程 浏览 654 次 发布时间:2025-11-21
2.2氯化钠对B-PPG界面流变性质的影响
矿化度是影响化学驱配方效果的关键因素之一。B-PPG分子中的酰胺基团在水中可部分水解产生负电荷,因此,其界面性能也会受到矿化度的影响。1000mg/L既是B-PPG的CAC,也是现场配方的使用浓度,因此,在此浓度下考察了矿化度对B-PPG界面膜性质的影响。不同浓度的NaCl对1000 mg/L B-PPG界面张力的影响见Fig.3。可以看出,NaCl的加入可以明显降低B-PPG体系的界面张力。随着NaCl浓度的增加,界面张力下降程度放缓;当NaCl浓度高于0.5%时,界面张力不再变化。这是电解质压缩B-PPG界面膜的双电层,减弱了静电斥力,从而增大了B-PPG的吸附量造成的。
Fig.4为NaCl浓度对1000mg/L的B-PPG溶液界面扩张参数的影响。由图可知,加入NaCl后,体系的界面扩张弹性和扩张黏性都明显下降,扩张弹性降低超过了20mN/m,扩张黏性也由10mN/m左右下降到了5mN/m左右。
界面扩张弹性主要由B-PPG分子间的相互作用决定,加入0.1%NaCl后,分子间的静电相互作用明显减弱,弹性急剧降低;随着NaCl浓度进一步增大,弹性略有升高,这是由于电解质同时也能够促进界面膜的紧密排列造成的。不过,在上述2种趋势相反的影响因素中,电解质压缩双电层的机制居于主导地位。
界面扩张黏性由界面上及界面附近各种弛豫过程的特性决定,对于B-PPG界面膜,NaCl的加入减弱了分子中带电基团之间的斥力,导致分子流体动力学半径减小,扩散交换过程变快,弛豫过程对界面膜强度的贡献变弱,因此界面黏性降低。
2.3二价离子对B-PPG界面流变性质的影响
油藏地层水中含有Ca2+,Mg2+等二价阳离子,作为反离子可与B-PPG吸附膜发生作用,可能有其独特的行为。固定水相总矿化度为0.5%,改变其中二价阳离子的含量,考察了Ca2+和Mg2+对B-PPG界面膜性质的影响。Fig.5所示为二价阳离子浓度对1000mg/LB-PPG溶液界面张力的影响。从图中可以看出,随着电解质中二价阳离子浓度增大,界面张力均略有升高,其中Ca2+的影响程度略高于Mg2+。从阳离子半径考虑,Ca2+>Mg2+>Na+,因此,用二价阳离子部分顶替一价阳离子,可能造成界面分子排列的紧密程度有所降低,界面张力略有升高。Ca2+的半径更大,界面张力的升高趋势更明显。
Mg g^{2+}浓度对1000 mg/L B-PPG溶液界面扩张参数的影响见Fig.6。从图中可以看出,电解质中Mg{}^{2+}含量增大对界面扩张弹性和黏性的影响都较小,弹性从12mN/m增大到14mN/m。这说明尽管Mg2+可能会造成界面膜排列的变化,但对B-PPG形成的聚集体结构影响不大。
Ca2+浓度对1000mg/LB-PPG溶液界面扩张参数的影响见Fig.7。从图中可以看出,电解质中Ca2+含量增大对界面扩张黏性的影响较小;而扩张弹性则在低Ca2+浓度条件下略有变化,从12mN/m增大到17mN/m。二价阳离子能够与2个负电荷发生静电吸引作用,因此,可作为“桥梁”,与不同B-PPG分子中的负电荷发生作用,增加聚集体结构的强度。Ca2+比Mg2+半径大,与不同B-PPG分子发生作用的几率也大,增大扩张弹性的幅度较大。
2.4温度对B-PPG界面流变性质的影响
在油田开采过程中,油藏温度是必须考虑的要素之一。对于分子结构中含聚氧乙烯基团(EO)的表面活性剂,温度升高会破坏EO与水分子形成的氢键,增大表面活性剂的油溶性,对界面张力的影响较大。而对于离子型表面活性剂,温度对界面张力的影响较小。Fig.8示出了1000mg/L B-PPG溶液在30℃和50℃时的动态界面张力。由图可见,在50℃时,体系的界面张力比30℃时降低了5mN/m左右。B-PPG的水溶性很大程度来源于酰胺基团与水分子形成的氢键,因此,温度升高,B-PPG的油溶性增大,界面吸附量有所增加,界面张力明显降低。
温度对1000 mg/L B-PPG溶液界面扩张弹性和黏性的影响见Fig.9。实验结果表明,当温度从30℃升高到50℃时,界面扩张弹性和黏性均明显降低。随着温度升高,界面膜变得疏松,同时,B-PPG分子的热运动加剧,扩散交换过程变快,上述变化均会造成界面膜强度的降低,50℃时B-PPG界面膜的弹性和黏性不到30℃的1/2。
3结论
本文通过界面流变方法研究了黏弹性颗粒驱油剂(B-PPG)形成的油水界面吸附膜的性质,发现浓度高于CAC时,B-PPG在界面上通过烷基链的疏水作用可形成二维网络状结构,从而增大了界面膜的强度。NaCl压缩B-PPG界面膜的双电层,减弱了静电斥力,明显降低了B-PPG体系的界面张力。同时,分子间静电相互作用的减弱导致B-PPG体系的扩张弹性明显下降;而扩散交换过程变快造成扩张黏性降低。二价阳离子作为“桥梁”与不同B-PPG分子中的负电荷发生作用,增加了聚集体结构的强度,造成扩张弹性略有增大。升高温度,加速了B-PPG分子的热运动,扩散交换过程变快,界面膜强度降低。本文深化了对油藏条件下B-PPG分子界面行为的认识,有助于非均相驱油体系的设计和优化。





