利用界面擴張流變方法研究星型(PES)、梳型(PEC)和支鏈型(PEB)非離子聚醚類破乳劑以及陽離子反相破乳劑(HY01)對預交聯顆粒凝膠(PPG)界面膜性質的影響。結果表明:聚醚類非離子破乳劑通過競爭吸附，頂替界面上的PPG分子，能夠降低界面擴張模量，破壞界面膜強度;星型的分子結構對界面層結構的影響效果最強;反相破乳劑通過靜電相互作用影響PPG界面膜的性質，在適宜濃度形成界面復合物，界面膜強度較大，而高濃度的反相破乳劑仍然對界面膜產生破壞作用。

超高相對分子質量的部分水解聚丙烯酰胺在三次采油中作為水溶液增黏劑，但在高溫高鹽等苛刻的油藏環(huán)境下易發(fā)生高分子鏈斷裂，失去增黏效果。對聚丙烯酰胺進行改性成為驅油聚合物研究的熱點。預交聯顆粒凝膠(PPG)是一種新型結構的聚丙烯酰胺類衍生物，它是部分支化、部分交聯的聚丙烯酰胺，具有星形或網絡結構。PPG獨特的結構使其溶于水中能夠吸水溶脹，且溶脹后能夠提供較高的黏度、較好的耐溫耐鹽性能和優(yōu)越的耐剪切性能，因此PPG體系驅油性能研究越來越引起關注。在三次采油過程中，驅油體系的理化性質，如界面張力、體相黏度、界面黏彈性能等對驅油效率均有影響，高黏彈性的驅替液有較好地驅掃盲端殘余油的能力。在驅油過程中起到決定性作用的是驅替液水溶液與原油形成的流體界面的性質，因此驅油體系界面流變性能與驅油效率密切相關。同時原油是以復雜乳狀液的形式從地下被開采出來的，PPG優(yōu)良的驅油性能也可能形成機械強度較高的油水界面膜，導致原油乳狀液過于穩(wěn)定，增加了處理的難度。筆者通過界面擴張流變研究手段，研究不同結構破乳劑對PPG-原油界面膜性質的影響。

1實驗

1.1實驗樣品及試劑

實驗用破乳劑HY01是季銨鹽類陽離子破乳劑，相對分子質量約6 000，固含量約35%;其他破乳劑為聚醚類非離子表面活性劑，平均相對分子質量均在5 000左右，EO(乙氧基)∶PO(丙氧基)=1∶2.3。3種聚醚類非離子破乳劑的結構式見圖1，其中PEB是支狀聚醚類非離子破乳劑，屬于多乙烯多胺聚氧乙烯聚氧丙烯醚型破乳劑，PEC是梳型聚醚類非離子破乳劑，屬于酚醛樹脂聚氧乙烯聚氧丙烯醚型破乳劑，PES是星型聚醚類非離子破乳劑，屬于酚胺醛樹脂聚氧乙烯聚氧丙烯醚型破乳劑。

圖1聚醚類非離子破乳劑的結構式

PPG顆粒粒徑為50～150μm，其結構見文獻。使用時取適量溶于蒸餾水中，攪拌靜置，充分溶脹后制得母液，稀釋后配得所需濃度溶液。原油為勝利油田孤島原油，酸值1.38，航空煤油經注硅膠層析處理后用作稀釋原油，30℃時與去離子水的界面張力約為43.5 mN·m-1。

1.2界面張力及界面擴張流變性質

采用IT-CONCEPT公司TRACKER擴張流變儀，通過對懸掛液滴的振蕩，利用滴外形分析方法測定界面張力、界面擴張模量和相角。界面通過毛細管末端的液滴與容器中的另一種液體接觸得到。通過與毛細管相連的馬達控制的活塞運動，使液滴發(fā)生變化，改變界面的面積。為確保實驗的精確度，每次實驗時都是新形成1個液滴，在液滴形成20 s后，開始對液滴的面積施加頻率為0.1 Hz的正弦擾動，攝像機能攝取到液滴面積的瞬間變化。通過相應軟件處理，可以得到整個吸附過程的界面張力和擴張模量的變化，直到界面張力和擴張模量達到完全平衡為止。然后，改變振蕩頻率，繼續(xù)測得不同頻率條件下的擴張模量和相角。

實驗溫度均控制在(30.0±0.1)℃，擴張形變?yōu)?0%。水相為重蒸后的去離子水，油相為航空煤油配制的稀釋勝利原油。

2結果分析

2.1破乳劑對PPG-稀釋原油界面張力的影響

化學破乳劑通過在界面上的吸附，破壞原有的牢固的油水界面膜，從而達到破壞乳狀液穩(wěn)定性的目的。圖2為3種聚醚類非離子破乳劑和陽離子反相破乳劑與煤油的界面張力隨質量濃度的變化?？梢钥闯?，3種聚醚類破乳劑具有較強的吸附、降低油水界面張力的能力，其中星型破乳劑降低界面張力能力最強，這是因為星型破乳劑分子尺寸較為規(guī)整，在界面上排列較為緊密造成的。陽離子破乳劑主要通過電荷中和作用發(fā)揮破乳功能，其自身的界面活性稍弱。

圖2破乳劑對煤油平衡界面張力的影響

PPG是分子結構中含有疏水基團、且?guī)Р糠重撾姾傻膬捎H分子，能夠在油水界面上吸附，從而降低界面張力。實驗測得煤油的界面張力為43.5 mN·m-1，1 000 mg·L-1PPG能將其界面張力降低至26.7 mN·m-1。不同結構破乳劑對PPG-稀釋原油間界面張力的影響見圖3?？梢钥闯?，1 000 mg·L-1PPG能將5%稀釋原油的界面張力降低至17.8 mN·m-1，說明原油中的活性物質與PPG在界面上混合吸附，進一步降低了界面張力。3種聚醚類非離子破乳劑與PPG分子和原油活性組分分子發(fā)生競爭吸附，油水界面張力隨破乳劑質量濃度增大而逐漸降低，在50 mg·L-1時達到3 mN·m-1的平臺值。從圖3還可以看出，非離子破乳劑的結構對稀釋原油的界面張力影響不大。

圖3破乳劑對PPG-稀釋原油平衡界面張力的影響

陽離子破乳劑對原油界面張力的影響呈現獨特的規(guī)律，但其質量濃度低于50 mg·L-1時，界面張力始終處于一個略低于單獨1 000 mg·L-1PPG界面張力的平臺值，說明此時HY01分子主要與溶液中的PPG分子發(fā)生作用，只有少量的HY01與界面上的PPG分子發(fā)生作用;但質量濃度達到100 mg·L-1時，HY01分子在界面上與帶負電荷的PPG分子混合吸附，造成界面張力明顯降低。在較寬的中間質量濃度范圍內，界面張力保持不變，意味著此時界面層上HY01分子已經飽和，這與反電荷的聚電解質與表面活性劑相互作用的普遍結果是一致的。