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微膠囊聚合物溶液對延展型表面活性劑界面張力的影響（一）
來源：日用化學工業(yè) 瀏覽 821 次 發(fā)布時間:2025-06-09
摘要
為了設(shè)計高效的靶向增黏二元驅(qū)油體系，研究了微膠囊乳液型聚合物對延展型表面活性劑界面張力的作用機制。采用旋轉(zhuǎn)滴方法測定了羧酸鹽和硫酸鹽類延展型表面活性劑（C8PmEnC和C8PmEnS）與正構(gòu)烷烴間的界面張力，考察了PO數(shù)目、EO數(shù)目和離子頭對延展型表面活性劑界面張力的影響規(guī)律。實驗結(jié)果表明，長PO鏈的螺旋結(jié)構(gòu)有利于界面張力降低，而長EO鏈的空間效應(yīng)不利于降低界面張力，當PO數(shù)目≥10且EO數(shù)目≤10時，C8PmEnC和C8PmEnS分子才可能達到超低界面張力。水溶性非離子表面活性劑Tween80會增強混合體系的親水性，明顯降低延展型表面活性劑的nmin值；油溶性非離子表面活性劑Span80與延展型表面活性劑分子在溶液中形成混合膠束，不影響nmin值。當延展型表面活性劑的界面活性不夠強時，靶向增黏聚合物中非離子表面活性劑與其發(fā)生競爭吸附，界面張力升高；對于界面活性較強的延展型表面活性劑，靶向增黏聚合物通過調(diào)整親水親油平衡影響界面張力。未破殼和破殼靶向增黏聚合物均會進一步降低油溶性較強的延展型表面活性劑的界面張力，維持超低界面張力活性。這對靶向增黏二元驅(qū)的體系設(shè)計具有指導(dǎo)意義。
聚合物通過增大水相黏度，擴大波及體積，從而有效提高原油的采收率。且聚合物驅(qū)施工技術(shù)簡單、提高采收率幅度大，已經(jīng)成為國內(nèi)外最具有發(fā)展?jié)摿Φ娜尾捎头椒ㄖ?。但聚合物在注入和地下運移時，注入設(shè)備及管道對其有一定的剪切和降解作用，聚合物的黏度會有明顯的損失。此外，配注污水中含有多種還原性物質(zhì)，也會加速聚合物的降解，造成聚合物的黏度明顯下降。微膠囊技術(shù)是以高聚物或無機材料為微型容器，將少量氣體、液體或固體物質(zhì)包覆其中，然后逐漸通過某些外部刺激或緩釋作用使被包覆物質(zhì)的功能再次在外部呈現(xiàn)出來。微膠囊技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到木材工業(yè)、醫(yī)藥、化妝品、農(nóng)用化學品、印刷、食品和液晶等各個領(lǐng)域。近年來，化學驅(qū)提高石油采收率領(lǐng)域也嘗試采用微膠囊技術(shù)解決生產(chǎn)中遇到的困難，在油管緩蝕劑、鉆井液添加劑、壓裂液破膠劑等方面都有了一定的突破。
表面活性劑通過大幅度降低原油與驅(qū)替水相間的界面張力，有效提高洗油效率，在化學驅(qū)油技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。其中，延展型表面活性劑以其優(yōu)異的性質(zhì)得到了國內(nèi)外學者們的廣泛關(guān)注。延展型表面活性劑在傳統(tǒng)表面活性劑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上引入氧丙烯（PO）基團和氧乙烯（EO）基團，PO基團的弱疏水性及其獨特的螺旋結(jié)構(gòu)使其具有更好的綜合性能，如超低界面張力（IFT）、較低的臨界膠束濃度（cmc）、優(yōu)異的乳化性能等。同時，EO基團的存在，增強了離子型表面活性劑抗鹽和抗二價陽離子的能力，這使延展型表面活性劑具有在高溫髙鹽油藏應(yīng)用的潛質(zhì)。驅(qū)油表面活性劑和聚合物的相互作用研究是化學驅(qū)機理研究的重要科學問題之一。為了更好的維持聚合物的使用黏度，目前室內(nèi)通過原位聚合方式合成的微膠囊聚合物與傳統(tǒng)的干粉類聚合物不同，其為乳液類增粘劑，含有界面活性的乳化劑，導(dǎo)致與表面活性劑的相互作用更加復(fù)雜，給研究工作造成較大困難。本文選取延展型表面活性劑，系統(tǒng)研究微膠囊聚合物與延展型表面活性劑的相互作用機制，闡明其影響界面張力的規(guī)律，對于微膠囊聚合物化學驅(qū)油體系的設(shè)計、優(yōu)選及現(xiàn)場應(yīng)用具有指導(dǎo)作用。
1實驗部分
1.1主要材料、試劑與儀器
微膠囊靶向增粘聚合物為外殼由微膠囊包裹、內(nèi)核為粘均分子量2 000萬~3 000萬、水解度為10%~20%的部分水解聚丙烯酰胺凝膠的反相乳液，勝利油田勘探開發(fā)研究院合成。該聚合物以白油為分散介質(zhì)、司盤80（Span80）和吐溫80（Tween80）為乳化劑、聚氨酯為成殼材料。
烷基氧丙烯氧乙烯羧酸鹽（APEC）系列表面活性劑：C8P5E5C、C8P5E10C、C8P5E15C、C8P10E5C、C8P10E10C、C8P10E15C、C8P15E5C、C8P15E10C、C8P15E15C；烷基氧丙烯氧乙烯羧酸鹽（APES）系列表面活性劑：C8P10E5S、C8P15E5S、C8P15E10S，中國科學院理化技術(shù)研究所合成，活性物有效含量>85%。結(jié)構(gòu)及縮寫見圖1。
圖1延展型表面活性劑的結(jié)構(gòu)及縮寫
實驗油相為系列正構(gòu)烷烴，分析純；實驗用水為根據(jù)現(xiàn)場二類油藏平均礦化度配制的人工模擬水，具體組成及配方見表1。油藏溫度75℃。礦化度19.592 72 g/L。
表1模擬地層水的組成及配方
1.2實驗方法
1.2.1微膠囊聚合物溶液配制方法
微膠囊聚合物配制時，將注射器用微膠囊聚合物原液潤洗，擦干注射器外側(cè)，放在天平上清零。用注射器吸取并稱量1.00 g樣品。稱取199.000 g模擬地層水于400 mL夾套燒杯中，夾套燒杯與恒溫水浴相連，升溫至50℃。開動槳式攪拌器，在轉(zhuǎn)速為（500±20）r/min下沿旋渦壁30 s內(nèi)慢慢加入注射器內(nèi)樣品，在攪拌速率為（700±20）r/min下攪拌0.5 h，所得溶液商品質(zhì)量濃度為5 000 mg/L。
微膠囊聚合物溶液的破殼過程為：將配制好的未破殼微膠囊聚合物溶液置于磁力攪拌器上以（300±20）r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，用滴管滴加破殼劑到一定量，繼續(xù)攪拌2 h，溶液變得黏稠，調(diào)節(jié)pH值到7，所得溶液商品質(zhì)量濃度為5 000 mg/L破殼聚合物。
1.2.2界面張力測量
使用芬蘭Kibron dIFT雙通道動態(tài)界面張力儀，采用旋轉(zhuǎn)滴方法測定表面活性劑溶液與正構(gòu)烷烴間的界面張力。界面張力的數(shù)值在30 min內(nèi)變化小于1%時為動態(tài)界面張力穩(wěn)態(tài)值。實驗轉(zhuǎn)速為5 000 r/min，實驗溫度均為油藏溫度（75.0±0.5）℃。本實驗界面張力的實驗誤差為±5%。