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为了对聚合物驱O/W乳状液的稳定机理有更深入的认识,本文对原油界面活性组分、聚合物、固体颗粒对聚合物驱O/W乳状液界面性质及稳定性的影响进行了研究.
采用极性分离法从原油中分离出沥青质、胶质、蜡组分界面活性组分,并用红外、紫外光谱等方法对这些界面活性组分的分子结构特征、相对分子质量进行了表征.用动态光散射方法测定了沥青质在油相中的分散状态、聚集体的大小.用界面流变仪和Zeta电位仪测定了原油界面活性组分形成的界面膜强度、油珠表面Zeta电位.研究、考察了原油界面活性组分、氧化与剪切降解聚合物、固体颗粒对原油组分模拟油、原油模拟油/模拟水体系界面膜的微观结构、强度和油珠表面电势及其对O/W乳状液稳定性的影响.
研究发现,由原油界面活性组分形成的界面膜强度与其分子结构、界面活性和相对分子质量的大小密切相关.沥青质分子含有较多的芳环刚性结构和羰基,界面活性较强,相对分子质量最大,形成的界面膜强度最强;蜡组分主要由正构烷烃和异构烷烃组成,界面活性较弱,相对分子质量最小,形成的界面膜强度最弱;胶质组分含有较多的羰基,但芳烃化合物比沥青质组分含量少,界面活性与沥青质相近,相对分子质量明显比沥青质小,形成的界面膜强度明显弱于沥青质组分.界面膜的强度可用界面剪切黏度值的大小进行表征,界面剪切黏度越大,界面膜强度越强,反之亦然.
沥青质界面膜的强度不仅与沥青质分子的结构、界面活性、相对分子质量大小相关,而且与沥青质在油相中的微观形态和油水界面排列的微观结构相关.沥青质以较小的分子缔合体分散在油相中,在油水界面形成的界面膜排列紧密,强度较强;沥青质分子缔合体较大或为微粒状时,形成的界面膜结构较疏松、界面膜强度较弱.沥青质分子缔合体可在油水界面形成液态扩张膜、液态凝聚膜和固态凝聚膜.
界面膜强度与油珠表面电势强度对O/W乳状液稳定性的影响起决定作用.界面剪切黏度相近时,Zeta电位绝对值越大,O/W乳状液越稳定;Zeta电位绝对值相近时,界面膜剪切黏度越大,O/W乳状液越稳定;Zeta电位绝对值与界面剪切黏度均较大时,O/W乳状液最稳定.
氧化降解可使聚合物的界面活性增强,剪切降解聚合物界面活性没有明显变化,氧化或剪切降解聚合物形成的界面膜强度明显降低,导致O/W乳状液稳定性下降.
微小的固体颗粒可以附着到油水界面上,与原油界面活性物质形成混合膜,增强界面膜的强度.由于固体颗粒表面带负电,附着到油水界面上,可增强油珠表面电势.固体颗粒对原油界面活性物质的吸附可明显影响油水界面特性,其程度取决于固体颗粒的大小、在水相中的浓度和固体颗粒表面润湿性.