化學驅提高石油采收率的生產實踐涉及諸多與膠體界麵化學相關的過程，石油中天然存在的活性組分是影響上述過程的重要因素。石油中的酸性組分是公認的界麵活性最強的組分，對油-水界麵張力的降低貢獻較大，而瀝青質組分則是最重要的成膜物質，與乳狀液穩定性和破乳過程密切相關。疏水改性聚丙烯酰胺通過聚合物分子間的疏水作用形成網絡結構，具備良好的增黏效果和抗溫抗鹽能力，是提高高溫高鹽油藏石油采收率的重要化學劑。不過，疏水改性後的聚合物具有一定界麵活性，其在界麵上的吸附會強烈改變界麵層性質，從而影響提高石油采收率生產實踐中的乳化、油牆形成、采出液處理等過程。因此，研究疏水改性聚丙烯酰胺與原油中重要活性組分在油-水界麵上的相互作用，具有較強的理論價值和實際意義。

界麵擴張流變研究吸附膜受到擾動時的張力響應，擴張流變參數可以反映活性分子在界麵及其附近擴散交換、取向變化、重排、形成聚集體等微觀過程的信息，是目前考察吸附分子界麵行為的有力手段。雖然原油活性組分界麵膜的擴張流變性質日漸受到關注，但對活性組分與驅油聚合物間相互作用的擴張流變研究還很缺乏。筆者曾采取小幅周期振蕩技術研究了現場用疏水改性聚丙烯酰胺與原油中酸性組分和瀝青質的界麵相互作用，獲得了初步認識。不過，小幅周期振蕩技術應用頻率範圍較低，尚無法獲得全麵的界麵微觀過程的信息。在本研究中，筆者采用界麵張力弛豫法，通過對受擾動界麵的張力衰減曲線進行多指數擬合，計算得到界麵擴張流變參數的全頻率譜，深入探討了疏水改性聚合物與石油酸和瀝青質間的相互作用。

1界麵張力弛豫法理論基礎

本研究中采用界麵張力弛豫法，通過對受擾動界麵張力衰減曲線擬合獲得界麵張力改變量隨時間變化的函數關係，再經過Fourier變換，計算得到界麵擴張參數的全頻率譜，從而獲得界麵上活性分子行為的信息。

當活性分子界麵吸附膜達到平衡時，對其實施一個突然的擾動，則界麵上各活性分子均會對此擾動產生響應。界麵和體相間分子交換的快慢、分子在界麵上排列的變化、分子間相互作用的強弱等信息均會反映在擾動停止後的界麵張力衰減曲線上。典型的界麵張力（Δγ）衰減曲線及其擬合曲線如圖1所示。

圖1典型的界麵張力（Δγ）衰減曲線及其擬合曲線

對於一個存在多種弛豫過程的實際體係，由於弛豫過程具有可加和性，因此衰減曲線可以用幾個指數方程的和來表示，如式（1）所示。

式（1）中，τi為第i個過程的特征頻率；Δγi為第i個過程的貢獻；n為總過程的個數。因此，用式（1）對界麵張力衰減曲線進行擬合，可以得到界麵上存在的弛豫過程的個數、每個過程的特征頻率（或時間）、各個過程的貢獻等信息。

對於一個幅度為ΔA的瞬間界麵形變過程，在形變停止後，在一定頻率下擴張頻率模量的數值ε（ω）可以通過對界麵張力衰減曲線的Fourier變換得到，如式（2）所示。

從式（2）變形得到擴張彈性（εd）和擴張黏性（εi）的計算公式如式（3）、（4）所示。

2實驗部分

2.1樣品和試劑

疏水改性聚丙烯酰胺（HMPAM），工業級，北京恒聚化工集團有限責任公司產品；3＃航空煤油，北京化學試劑公司提供，室溫下與重蒸後的去離子水的界麵張力約為40mN／m；原油，勝利油田采油廠高溫高鹽油藏采出原油；正戊烷，分析純，天津天泰精細化學品有限公司產品；環己烷，分析純，天津市化學試劑三廠產品；石油醚，分析純，北京化工廠產品；二氯甲烷，分析純，天津市康科德科技有限公司產品；實驗用水為經重蒸後的去離子水，電阻率≥18MΩ·cm。

2.2原油活性組分的分離

2.2.1瀝青質

稱取50g原油置於3000mL廣口瓶中，用1950mL正戊烷溶解，靜置10d。真空抽濾，所得固體用正戊烷洗滌至濾液無色，得到瀝青質組分。置於真空幹燥箱幹燥後稱量，計算瀝青質含量。

2.2.2酸性組分

稱取20g原油置於三口燒瓶中，用50mL環己烷稀釋，加入50mL含1.5%NaOH的乙醇-水溶液（醇／水體積比7／3）。將三口燒瓶置於恒溫磁力攪拌器中，反應體係回流攪拌5h。采用分液漏鬥分液，收集水相。在油相中加入上述NaOH溶液，進行回流攪拌、分液，重複操作5次，合並每次所得水相，用50mL石油醚萃取至醚相無色。水相進一步用加熱套在常壓下蒸發濃縮至約100mL，冰水浴冷卻下用稀HCl溶液酸化至pH值為2～3。用50mL CH2Cl2萃取3次，合並萃取物後用蒸餾水多次洗滌至中性。CH2Cl2相用無水硫酸鎂幹燥，冷藏12h，過濾、蒸除溶劑後在真空幹燥箱中幹燥恒重，得到原油酸性組分。

勝利原油中瀝青質及酸性組分的含量及其元素分析結果列於表1。

表1勝利原油中瀝青質及酸性組分的含量及其元素分析結果

2.3界麵擴張流變性質測量

采用法國IT-CONCEPT公司TRACKER型擴張流變儀，待體係完全達到平衡後，通過對懸掛氣泡／液滴的突然擾動，利用滴外形分析方法測定表／界麵張力響應，進行界麵張力弛豫實驗。擾動幅度15%，擾動時間1s。實驗溫度控製在（30.0±0.5）℃。