在聚合物驱油技术领域，早期用做驱油剂的主要有聚丙烯酰胺(PAM)、部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)、羟乙基纤维素等。这些驱油剂在应用实践中表现出许多不足，如PAM溶解困难，HPAM对高价盐敏感，纤维素高温时生物降解严重[1]。因此，耐高温抗盐的水溶性高分子的研究和开发已成为各国油田工作者重点研究的课题[2]。中海油提高采收率重点实验室多年来致力于各种驱油剂的研发工作，近期针对渤海油田研发出了一种两亲聚合物驱油剂。
然而，聚合物驱采出液处理是目前所有聚驱技术共同面临的技术难题[3]。聚合物加强了油水界面机械强度，改变了界面流变学性质，提高了界面粘度，降低了分子扩散速度，但最终增加了聚驱采出液处理的技术难度。因此，在开发两亲聚合物驱油技术的同时，应开发出与之配套的采出液处理技术，尤其是原油破乳剂和污水处理剂的研发[4-8]。作为前期铺垫工作，针对两亲聚合物的结构特点，研究了该聚合物对渤海油田采出液处理的影响。
主要仪器：生物显微镜(XPS-8C，上海光学仪器厂)、高剪切乳化机(SY-20，江苏姜堰市分析仪器厂)、水中油份浓度计(OIL2，江苏江分电分析仪器有限公司)、水浴恒温振荡器(SHA-C，国华电器厂)、超声波清洗器(UP3200H，熊猫集团南京电子计量有限公司)。
主要原料：破乳剂(工业级，渤海油田)、清水剂(工业级，渤海油田)、两亲聚合物(自制)、原油(含水0.5%，渤海油田)、污水(达到回注标准，渤海油田)、水源井水(渤海油田)。
按照中海油《聚驱产出物模拟配制方法(暂行规范)》配制含不同浓度聚合物的模拟聚驱原油乳状液，在不同条件下对其稳定性进行研究：
(1) 在不同聚合物含量的原油乳状液中加入200 mg/L的原油破乳剂，在70 ℃水浴中恒温放置2 h，观察聚合物浓度对原油脱水率的影响规律性；
(2) 将不同聚合物含量的原油乳状液在70 ℃水浴中恒温放置2 h，在光学显微镜下观察其亚微观状态，研究聚合物浓度对原油乳状液中分散相状态的影响规律。
模拟聚驱原油乳状液的配制：
(1) 采用现场水源水配制5000 mg/L的两亲聚合物母液；
(2) 将聚合物母液用回注污水稀释至1750 mg/L，使用高剪切乳化机在5000 r/min下剪切10min；
(3) 将剪切后聚合物溶液用回注污水稀释成一系列不同浓度的聚合物溶液，按照油水体积比1:1，分别与含水0.5%的原油配制成不同聚合物含量的模拟聚驱原油乳状液。
按照中海油《聚驱产出物模拟配制方法(暂行规范)》配制含不同浓度聚合物的模拟聚驱污水，在不同条件下对其稳定性进行研究：
(1) 在配制的一系列不同聚合物含量的污水中加入现场清水剂，测定经药剂处理后的污水中的含油率，研究两亲聚合物对油田污水处理的影响；
(2) 配制一系列不同聚合物含量的污水，在50 ℃水浴中恒温放置2 h，测定污水中含油率随聚合物浓度的变化规律；
(3) 在光学显微镜下观察放置2 h后的污水，研究聚合物浓度对污水中油滴分散状态的影响规律。
模拟聚驱污水的配制：
(2) 将聚合物母液用回注污水稀释至1750 mg/L，使用高剪切乳化机在5000 r/min下剪切10 min；
(3) 将剪切后聚合物溶液用回注污水稀释成一系列不同浓度的聚合物溶液，在50 ℃下加入相同质量的原油，原油与聚合物溶液质量比为0.2%；
(4) 在超声波清洗器中超声分散20 min，使用高剪切乳化机在5000 r/min下剪切20 min，即得模拟聚驱污水。
用蒸馏水配制不同浓度的两亲聚合物溶液。在20℃条件下，测定不同聚合物溶液与正庚烷及原油的界面张力。
配制浓度为50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L和300 mg/L的两亲聚合物水溶液，按照油水体积比1:1分别配制一系列不同聚合物浓度的模拟聚驱原油乳状液。在70℃条件下进行瓶试法化学破乳实验。所使用的破乳剂为现场破乳剂，用量为200 mg/L。观察记录2 h的脱水率。脱水率随聚合物浓度的变化趋势如图 1所示。实验结果表明，随着两亲聚合物在原油乳状液水相中浓度的增加，在化学破乳2 h后的脱水率呈下降趋势。尤其是当聚合物浓度大于100 mg/L时，聚合物对原油乳状液破乳的影响较大，脱水率从不含聚合物时的86%下降到了80%以下。
分别配制水相中聚合物浓度为0 mg/L、100 mg/L、200 mg/L与300 mg/L的模拟聚驱原油乳状液，在70 ℃水浴中恒温放置2 h。在光学显微镜下观察其亚微观状态，实验照片如图 2~图 5所示。实验结果表明，随着两亲聚合物浓度的升高，原油乳状液中的分散相水珠明显变小，且在原油中分散得更为均一。表明两亲聚合物的存在，减缓了原油乳状液中水珠聚集合并的趋势，增加了原油乳状液的稳定性。另外，实验过程中发现，4种原油乳状液在70 ℃下放置2 h后皆无明显游离水出现，表明实验配制的模拟聚驱原油乳状液具有良好的稳定性。
在系列不同聚合物含量的污水中加入相同剂量的现场清水剂，在50 ℃下对污水进行处理。处理前污水含油量皆为2000 mg/L，处理后测定的污水含油量见表 1。从表 1可以看出，随着污水中两亲聚合物浓度的增加，处理后污水中的含油量明显升高。两亲聚合物的存在增加了污水处理的难度。
分别配制聚合物浓度为0 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L和400 mg/L，含油量为2000 mg/L的污水。在50 ℃条件下放置2 h，测定不同污水中的含油量，观察含不同浓度聚合物污水的亚微观状态，结果见图 6~图 11。从图 6可以看出，在同样的条件下，随着污水中聚合物浓度的增加，水中含油量明显升高。表明两亲聚合物对油田污水具有一定的稳定作用。从图 7~图 11可以看出，随着污水中两亲聚合物浓度的增加，污水中粒度较小的油珠逐渐增多，油珠的形状从不规则的椭圆形逐渐变成规则的正圆形。尤其是当聚合物浓度达到400 mg/L时，污水中的油珠分散得均一致密，且油珠不易破裂，形成了水包油型乳状液。
在20℃条件下，测定聚合物溶液与正庚烷的界面张力，结果如图 12所示。对比含200 mg/L聚合物水溶液和不含聚合物的蒸馏水与原油的瞬时界面张力，结果如图 13所示。
由图 12可知，随着两亲聚合物浓度的升高，水溶液与正庚烷的界面张力明显降低。表明两亲聚合物具有一定的界面活性。由图 13可知，两亲聚合物能够较大程度降低渤海原油与水的界面张力，且原油自身含有能降低油水界面张力的天然界面活性物质。
两亲聚合物是在部分水解聚丙烯酰胺的主链上引入了少量具有疏水基团的单体而得到的一种同时含有亲水和疏水基团的聚合物。在结构上决定了该聚合物具有一定的界面活性。两亲聚合物在采油过程中随着各种降解作用的进行，分解成相对分子质量较小的残余聚合物。该类化合物能够吸附到油水界面上，与胶质、沥青质等天然表面活性物质形成混合的油水界面膜[9-10]。
在聚驱原油乳状液中，残余聚合物的主体部分由于其亲水作用而吸附在靠近界面膜的内相水珠中，残余聚合物的疏水侧链则留在外相原油中。因此，一方面增加了油水界面膜的机械强度；另一方面，残余聚合物疏水侧链在水珠外层形成了空间位阻[11]。两方面都增加了原油乳状液中分散相水珠聚集合并的难度。在聚驱生产污水中，残余聚合物的主体分布在界面膜的水相一侧，残余聚合物的疏水侧链则分布在油滴中。因此，一方面在油滴表面形成了一定的负电荷，导致油滴相互静电排斥，另一方面，增加了油水界面膜的机械强度，给聚驱产出污水的处理增加了难度。
针对渤海油田，研究了两亲聚合物对采出液稳定性及处理的影响。得到结论如下：
(1) 两亲聚合物的存在明显增加了原油乳状液的稳定性，降低了原油破乳剂的脱水率；
(2) 两亲聚合物能够导致污水形成高含油的水包油型乳状液，增加了污水处理的难度；
(3) 两亲聚合物具有一定的界面活性，对采出液具有一定的乳化作用。
2011, Vol. 40 Issue (5): 481-485
2011, Vol. 40 Issue (5): 481-485