阴离子表活剂SDBS在聚表二元复合体系中的流变性研究进展
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摘 要：ASP复合驱中由于碱的存在，对聚合物的粘弹性具有不利影响，从而降低了其波及效率和驱油效率，同时还容易引起地层渗透率的下降等一系列问题，因此无碱聚/表二元驱技术逐渐成为提高采收率的研究重点和热点。本文着重综述了阴离子表面活性剂sdbs对聚/表二元复合体系粘弹性的影响。
关键词：表面活性剂 疏水缔合聚合物 二元体系 粘弹性
聚合物/表面活性剂二元复合驱是一种以充分发挥表面活性剂和聚合物相互协同效应的采油方法，聚/表二元复合驱是在三元复合驱的基础上去除碱的一种复合体系，由于碱对某些地层的破坏较大，因此科学家更多倾向于研究二元复合驱对强化采油的应用研究，由于表面活性剂能更好的降低油水界面张力和聚合物能增加溶液的粘弹性和降低油水流度比等优点，且聚合物与表面活性剂相互作用可使聚合物分子链的构象发生变化，而聚合物的存在也同时影响着表面活性剂的表面张力、临界胶束浓度、聚集数及溶液流变性、界面吸附和增溶性等性质。其二者相互作用对提高采收率更具有挑战性意义，因此本文从二者的相互作用出发，重点介绍了二者的研究现状。
1、疏水缔合聚合物/表面活性剂二元复合驱的研究现状
二元复合驱技术首次利用是在美国德克萨斯州的Ranger油田进行的低界面张力聚/表二元体系的先导试验，最终使原油采收率在水驱后提高了25%左右，具有较为可观的经济效益。此后国内大批研究者也进行了表面活性剂/聚合物的二元复合驱研究，且取得了较好的成绩。李孟涛等使用阳离子表面活性剂NEP溶液，在油藏条件下界面张力可达10-2mN/m数量级，在室内模拟非均质岩心上，能达到提高采收率幅度为20%；夏惠芬等研究了甜菜碱型两性表面活性剂与聚合物作用可形成10-3mN/m数量级的超低界面张力，且对水驱后残余油的采收率有所提高。郭拥军等研究疏水改性水溶液聚合物与SDBS作用时，粘度变化呈现一定的规律，且提出疏水改性水溶液聚合物中的疏水基团与SDBS的作用超过同类阴离子间的相互排斥作用，疏水基与SDBS的作用使得体系粘度是单一聚合物溶液粘度的23.7倍；同时得出混和溶液表面张力随SDBS浓度的增加而单调下降，并无一般高分子聚合物与表面活性剂作用时所出现的两个转折点，从而说明该聚合物与表面活性剂的作用不同于一般高分子聚合物与表面活性剂的相互作用。
现有研究都表明在聚合物/表面活性剂二元复合驱中，聚合物不仅具有良好的粘弹性还能较好的控制油水流度比，表面活性剂降低油水界面张力的性质，使残余油能很好的启动。若能选择合适的驱油体系，其驱油效率不会小于三元复合驱。目前有大批学者对二元体系的溶液界面、流变性质等都进行了大量研究，也逐步开始对二元体系的微观渗流机理进行研究，并且分别从表面活性剂和聚合物的分子结构方面入手，合成出如两性表面活性剂、石油磺酸盐、烷基苯磺酸盐、新型孪连表面活性剂和生物表面活性剂等一系列高活性的表面活性剂。同时随着疏水缔合聚合物在油气开采中的应用，出现了通过优化设计出的不同分子结构的耐温抗盐等新型缔合聚合物。不管是表面活性剂还是缔合聚合物分子结构对二元体系性质的影响，都需要更为深入的研究，才能为我国油气开采技术进一步发展提供依据。
2、阴离子表面活性剂SDBS对二元复合体系粘弹性的影响
2.1.阴离子表面活性剂SDBS对聚/表二元体系粘度的影响
由于疏水缔合聚合物在溶液中形成的空间网络这种特殊结构，其流变性对表面活性剂很敏感，通过实验考察不同类型表面活性剂与疏水缔合聚合物相互作用对二元体系流变性的特殊影响，不仅可以证实疏水缔合聚合物溶液不同于一般聚合物所具有的网络结构的存在，还能得出二元体系粘度变化规律与表面活性剂分子结构的关系。
叶仲斌等研究得出，开始向疏水缔合聚合物溶液中加入少量的SDBS时，体系粘度稍有降低；继续增加SDBS浓度，粘度上升到最高值；之后随着SDBS浓度的进一步增加体系粘度急剧下降到最低点后不再变化。分析认为在加入很少量SDBS（小于10mg/L）时，SDBS仅起电解质作用，压缩双电层，使体系粘度稍有降低；当SDBS浓度达到一定值后，才开始与溶液中的疏水基作用形成聚集体，随着聚集体的增加，网络结构更为密集，体系增粘达到最大；继续增大SDBS浓度，胶束浓度也开始增加，疏水侧基增溶于胶束中，随着胶束数量的增大，聚合物的网络结构被拆散，粘度急剧下降；当SDBS浓度达到更高值后，体系粘度不再随SDBS浓度的增加而变化，此时溶液中自由的SDBS浓度大于其cmc值，体系粘度降到最低。
2.2阴离子表面活性剂SDBS对聚/表二元体系弹性的影响
2.2.1应力扫描
表面活性剂SDBS加入聚/表二元体系后，在一定的剪切应力范围内，粘度不随应力的变化而变化，称这一应力区为聚/表溶液的线性粘弹区。文献曾提出聚合物溶液必须具有足够的浓度才能有线性粘弹区，实验发现单独的疏水缔合聚合物溶液在该应力范围内就无线性粘弹区，由此表明SDBS的加入，使得聚/表溶液分子间由疏水缔合作用形成了更强的超分子网络结构，当CSDSS=100mg/L时溶液的线性应力区最宽，由此线性粘弹区的大小也反映了聚/表溶液中超分子网络结构的强度。超分子结构越强的溶液，屈服应力值也越高，而单独的聚合物溶液，在此应力范围内，并无明显的屈服应力值。
2.2.2粘度与剪切速率关系
随着SDBS浓度的增加，一定剪切速率范围内（小于0.ls-1）体系粘度保持不变；当CSDBS=100mg/L时，在0.1～0.5s-1间出现剪切增稠现象，结合前面对粘度的测试结果，分析认为是该浓度的SDBS与疏水缔合聚合物作用形成稠密的网络结构，低剪切使得分子链更为伸展，体系粘度稍有增加；当剪切速率达到10s-1后，不同SDBS浓度的二元体系间粘度差变小，都表现出明显的剪切稀释性。
2.2.3第一法向应力差
研究得出，体系的N1随着剪切速率的增加而增加，高剪切速率下，溶液中分子能表现出较强的弹性效应。与粘度测试结果一致，CSDBS=100mg/L时二元体系的N1最大，且N1随剪切速率变化出现拐点时对应的剪切速率最小，此时体系能在较低剪切速率下表现出较强的弹性效应，同时也反映出该浓度时体系具有较强的超分子网络结构；SDBS浓度继续增加，体系的N1开始减小，弹性也减小，再次表明高浓度表面活性剂SDBS的加入，溶液中形成过多的聚集体，使得聚合物网络结构开始被拆散，与粘度变化规律一致。
3、结论
阴离子表面活性剂SDBS与疏水缔合聚合物相互作用规律表现出一定规律，表面活性剂SDBS在二元体系中的加入使体系的粘度随着SDBS浓度的增加先降低后增加，最后又降低，达到最低值后保持不变。相同粘度的不同二元体系，随着表面活性剂和疏水缔合聚合物分子结构性质的改变，弹性效应也不同。
参考文献
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