2、結果分析

2.1、HPAM與改性HPAM對(dui)油水界面張力的影(ying)響(xiang)

每個(ge)模(mo)(mo)型都經過(guo)(guo)100 ns的(de)MD模(mo)(mo)擬，保證油(you)(you)水(shui)界(jie)(jie)面(mian)充分達(da)到平衡狀態，油(you)(you)水(shui)界(jie)(jie)面(mian)張(zhang)力(li)(li)的(de)計算(suan)采用50 ns的(de)數據，通過(guo)(guo)3次獨立模(mo)(mo)擬獲得界(jie)(jie)面(mian)張(zhang)力(li)(li)數值。本文中對(dui)界(jie)(jie)面(mian)張(zhang)力(li)(li)（IFT）的(de)計算(suan)方法選用Gibbs界(jie)(jie)面(mian)張(zhang)力(li)(li)計算(suan)法，模(mo)(mo)型中油(you)(you)水(shui)界(jie)(jie)面(mian)位(wei)于XY平面(mian)內，界(jie)(jie)面(mian)張(zhang)力(li)(li)計算(suan)公式(shi)為

純(chun)油水(shui)界面添加(jia)改性(xing)前HPAM和改性(xing)后(hou)HPAM對油水(shui)界面張(zhang)(zhang)力(li)(li)的(de)影(ying)響見圖2。沒有添加(jia)聚合物的(de)油水(shui)界面張(zhang)(zhang)力(li)(li)與Susana等的(de)試驗結果誤差小于5%，印證了模型與計算方法的(de)準確性(xing)。對比發現(xian)HPAM對減(jian)小界面張(zhang)(zhang)力(li)(li)作用極(ji)其(qi)有限(xian)，界面張(zhang)(zhang)力(li)(li)僅從51.68降(jiang)至47.85 mN/m，而加(jia)入改性(xing)HPAM后(hou)油水(shui)界面張(zhang)(zhang)力(li)(li)出現(xian)了明顯下降(jiang)，達到28.21 mN/m，證實(shi)改性(xing)HPAM可以(yi)有效提高油水(shui)界面活性(xing)，有利于原油的(de)乳化。

2.2、聚合物調控(kong)油水界(jie)面活性(xing)的分子機(ji)制

2.2.1界面結構

聚(ju)合物(wu)改(gai)變(bian)油(you)水(shui)界(jie)面(mian)張力的(de)本質是油(you)水(shui)界(jie)面(mian)特征的(de)改(gai)變(bian)，為此(ci)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)析各個組分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)在體系中的(de)密(mi)度(du)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)情(qing)況(kuang)，結(jie)果見(jian)圖3。可以(yi)看(kan)出，在沒有聚(ju)合物(wu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，油(you)水(shui)界(jie)面(mian)非常清晰，油(you)相(xiang)和(he)水(shui)相(xiang)處(chu)于(yu)完全分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)離的(de)狀態。加入HPAM后，油(you)相(xiang)的(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)幾(ji)乎(hu)沒有變(bian)化，而界(jie)面(mian)處(chu)水(shui)相(xiang)密(mi)度(du)變(bian)化的(de)斜率略有減(jian)少，說明HPAM主要分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)在水(shui)相(xiang)中，在一定程度(du)上減(jian)少了界(jie)面(mian)上水(shui)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子的(de)數(shu)量(liang)。但由于(yu)HPAM和(he)油(you)相(xiang)之間的(de)相(xiang)互作用較弱(ruo)，因(yin)此(ci)并沒有改(gai)變(bian)油(you)相(xiang)在界(jie)面(mian)附近的(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)情(qing)況(kuang)。改(gai)性HPAM的(de)加入對油(you)水(shui)兩相(xiang)的(de)密(mi)度(du)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)影響都較大，界(jie)面(mian)處(chu)油(you)相(xiang)密(mi)度(du)變(bian)化的(de)斜率減(jian)小，說明親油(you)組分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)和(he)油(you)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子相(xiang)互融合，從密(mi)度(du)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)還可以(yi)看(kan)出由于(yu)聚(ju)合物(wu)的(de)加入，油(you)相(xiang)和(he)水(shui)相(xiang)被聚(ju)合物(wu)顯著分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)離。

界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)層厚度(du)(du)(du)能夠反映油(you)水(shui)(shui)(shui)界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)處兩相(xiang)的(de)(de)混合(he)情況，一(yi)般來說界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)厚度(du)(du)(du)越大說明兩相(xiang)之間的(de)(de)排斥越小(xiao)，互溶效果越好，界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)張力越低(di)。參考Ricardo Paredes等的(de)(de)方法，選取密度(du)(du)(du)低(di)于(yu)油(you)和水(shui)(shui)(shui)密度(du)(du)(du)峰值(zhi)90%的(de)(de)區域作為(wei)油(you)水(shui)(shui)(shui)混合(he)界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)，如圖4（a）所示。計算得(de)到的(de)(de)界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)層厚度(du)(du)(du)見圖4（b）。可(ke)以發現，加入HPAM對于(yu)界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)層影響很小(xiao)，改性(xing)HPAM的(de)(de)加入可(ke)以大幅提高油(you)水(shui)(shui)(shui)界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)層厚度(du)(du)(du)。這(zhe)也反映出未(wei)改性(xing)HPAM油(you)水(shui)(shui)(shui)界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)依(yi)然比較清晰，兩相(xiang)界(jie)(jie)(jie)限明顯，界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)處油(you)分(fen)子(zi)和水(shui)(shui)(shui)分(fen)子(zi)受力不均(jun)(jun)勻的(de)(de)現象依(yi)然嚴重(zhong)；改性(xing)HPAM疏水(shui)(shui)(shui)基團進入油(you)相(xiang)中，引起z方向油(you)水(shui)(shui)(shui)分(fen)布重(zhong)疊區域變(bian)大，油(you)水(shui)(shui)(shui)界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)區域擴展，油(you)水(shui)(shui)(shui)界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)變(bian)得(de)凹凸(tu)不平，油(you)水(shui)(shui)(shui)相(xiang)的(de)(de)“螯合(he)”加強，界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)處分(fen)子(zi)受力不均(jun)(jun)衡得(de)到了緩解，有利于(yu)界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)張力降低(di)。

2.2.2聚合物(wu)橋接作用

界(jie)(jie)面(mian)(mian)張(zhang)力來自于(yu)界(jie)(jie)面(mian)(mian)處(chu)(chu)分(fen)子受到的(de)(de)(de)應力不(bu)均衡(heng)，因此需要增加(jia)兩相(xiang)(xiang)之間的(de)(de)(de)聯系，從(cong)而減少(shao)界(jie)(jie)面(mian)(mian)張(zhang)力。由(you)于(yu)HPAM分(fen)子本身親水(shui)，與水(shui)相(xiang)(xiang)具(ju)有較(jiao)強的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)用，因此主要考察HPAM和油(you)(you)相(xiang)(xiang)之間的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)用強度。圖(tu)(tu)5（a）為(wei)HPAM和改性HPAM與油(you)(you)相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)用能(neng)隨時間的(de)(de)(de)變(bian)化。可以看出(chu)，HPAM在(zai)0～100 ns的(de)(de)(de)模擬過(guo)程中(zhong)相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)用強度逐漸降低，說明部(bu)分(fen)HPAM從(cong)油(you)(you)水(shui)界(jie)(jie)面(mian)(mian)處(chu)(chu)脫(tuo)離進入水(shui)相(xiang)(xiang)。由(you)圖(tu)(tu)5（b）也看出(chu)HPAM分(fen)子大量均勻(yun)分(fen)布(bu)在(zai)水(shui)相(xiang)(xiang)中(zhong)，其(qi)主要原因也是缺(que)少(shao)親油(you)(you)基團，不(bu)易在(zai)界(jie)(jie)面(mian)(mian)處(chu)(chu)穩定(ding)存在(zai)，更傾(qing)向于(yu)溶解(jie)于(yu)水(shui)中(zhong)。而引(yin)入疏水(shui)基團改性后的(de)(de)(de)HPAM與油(you)(you)相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)用能(neng)明顯強于(yu)HPAM與油(you)(you)相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)作(zuo)用能(neng)。由(you)圖(tu)(tu)5（c）看出(chu)改性HPAM大多數分(fen)布(bu)在(zai)油(you)(you)水(shui)界(jie)(jie)面(mian)(mian)附近。改性HPAM在(zai)界(jie)(jie)面(mian)(mian)處(chu)(chu)橋接了(le)油(you)(you)相(xiang)(xiang)與水(shui)相(xiang)(xiang)，緩解(jie)了(le)界(jie)(jie)面(mian)(mian)處(chu)(chu)分(fen)子應力不(bu)均衡(heng)，從(cong)而起到降低界(jie)(jie)面(mian)(mian)張(zhang)力的(de)(de)(de)效(xiao)果。

2.2.3聚合物隔(ge)離(li)作用

加入(ru)聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)物(wu)(wu)后(hou)，聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)物(wu)(wu)可(ke)以(yi)(yi)依(yi)靠(kao)其在(zai)(zai)(zai)界面(mian)(mian)處(chu)的(de)(de)(de)聚(ju)(ju)(ju)集形(xing)成聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)物(wu)(wu)膜(mo)將(jiang)油(you)水(shui)兩(liang)(liang)相(xiang)隔離開(kai)，減小油(you)水(shui)直接接觸導致的(de)(de)(de)高界面(mian)(mian)張(zhang)力。平衡(heng)后(hou)油(you)水(shui)界面(mian)(mian)處(chu)兩(liang)(liang)種聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)分(fen)布情況見圖6（a）、（b）。可(ke)以(yi)(yi)發現，HPAM在(zai)(zai)(zai)界面(mian)(mian)處(chu)的(de)(de)(de)分(fen)布非常疏(shu)松，聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)物(wu)(wu)以(yi)(yi)線性形(xing)態松散(san)地(di)吸附(fu)(fu)在(zai)(zai)(zai)油(you)水(shui)界面(mian)(mian)周圍。這主要是由于(yu)HPAM基本分(fen)布在(zai)(zai)(zai)水(shui)相(xiang)中，親水(shui)基團的(de)(de)(de)水(shui)化層阻礙(ai)了(le)(le)HPAM分(fen)子間(jian)的(de)(de)(de)相(xiang)互吸引，無法(fa)形(xing)成致密的(de)(de)(de)聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)物(wu)(wu)膜(mo)。改(gai)性HPAM通過引入(ru)疏(shu)水(shui)基團增強了(le)(le)與(yu)油(you)相(xiang)的(de)(de)(de)相(xiang)互作用，聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)物(wu)(wu)可(ke)以(yi)(yi)均勻吸附(fu)(fu)在(zai)(zai)(zai)油(you)相(xiang)表面(mian)(mian)，從而(er)形(xing)成致密的(de)(de)(de)聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)物(wu)(wu)膜(mo)；同(tong)時引入(ru)的(de)(de)(de)疏(shu)水(shui)基團之間(jian)的(de)(de)(de)疏(shu)水(shui)締(di)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)作用也(ye)有利于(yu)聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)物(wu)(wu)地(di)聚(ju)(ju)(ju)集形(xing)成致密的(de)(de)(de)聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)物(wu)(wu)膜(mo)。聚(ju)(ju)(ju)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)物(wu)(wu)膜(mo)的(de)(de)(de)形(xing)成可(ke)以(yi)(yi)有效阻隔油(you)水(shui)兩(liang)(liang)相(xiang)接觸，從而(er)降低界面(mian)(mian)張(zhang)力。

為更好地量化(hua)這(zhe)一(yi)過程，計算了(le)3個體系中油水(shui)之(zhi)間(jian)的(de)(de)相(xiang)(xiang)互作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)能，結果見圖6（c）。油水(shui)間(jian)相(xiang)(xiang)互作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)能可以用(yong)(yong)來說明油水(shui)相(xiang)(xiang)的(de)(de)接觸面積，相(xiang)(xiang)互作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)越(yue)強(qiang)表面兩(liang)相(xiang)(xiang)的(de)(de)接觸面積越(yue)大(da)。從圖6（c）看出，加(jia)入HPAM后相(xiang)(xiang)互作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)有一(yi)定(ding)程度的(de)(de)減弱，說明油水(shui)相(xiang)(xiang)的(de)(de)接觸面積有所減小，因此(ci)會使界(jie)面張(zhang)力出現一(yi)定(ding)程度的(de)(de)下(xia)降。改(gai)性HPAM加(jia)入后，油水(shui)相(xiang)(xiang)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)強(qiang)度大(da)幅減小，意味著油水(shui)相(xiang)(xiang)被改(gai)性HPAM有效隔離，可以有效降低(di)界(jie)面張(zhang)力。

2.3、鹽離子對界面張(zhang)力的影響

部分(fen)(fen)(fen)儲層中(zhong)(zhong)存在(zai)(zai)(zai)較(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)礦化(hua)度(du)，為此進一(yi)步研究(jiu)鹽(yan)離(li)子(zi)(zi)對界(jie)(jie)面(mian)張(zhang)力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)。在(zai)(zai)(zai)3個(ge)體(ti)系的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)相中(zhong)(zhong)分(fen)(fen)(fen)別加(jia)(jia)入(ru)(ru)(ru)質量(liang)濃度(du)為100 g/L的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)NaCl，觀察其(qi)對界(jie)(jie)面(mian)張(zhang)力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)情況(kuang)，結(jie)果見圖(tu)7（a）。可以(yi)看出，對于沒有(you)聚(ju)合物(wu)(wu)存在(zai)(zai)(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)體(ti)系中(zhong)(zhong)，界(jie)(jie)面(mian)張(zhang)力會(hui)隨著鹽(yan)離(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)(jia)而(er)增(zeng)大(da)。這是由(you)于鹽(yan)離(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)(zai)(zai)增(zeng)大(da)了水(shui)相的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)極性(xing)，從而(er)拉大(da)了油水(shui)兩相性(xing)質上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)差距，增(zeng)大(da)了油水(shui)界(jie)(jie)面(mian)張(zhang)力。因此當界(jie)(jie)面(mian)處(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鹽(yan)離(li)子(zi)(zi)增(zeng)多(duo)(duo)時，界(jie)(jie)面(mian)張(zhang)力則(ze)會(hui)增(zeng)大(da)。加(jia)(jia)入(ru)(ru)(ru)HPAM的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)體(ti)系中(zhong)(zhong)也(ye)出現(xian)(xian)了類(lei)似(si)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)情況(kuang)。然而(er)引(yin)(yin)入(ru)(ru)(ru)磺(huang)酸(suan)(suan)(suan)基(ji)團(tuan)改(gai)(gai)(gai)性(xing)后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)HPAM則(ze)受(shou)鹽(yan)離(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)較(jiao)(jiao)(jiao)小。為了解釋這一(yi)現(xian)(xian)象(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)(wu)理機制，分(fen)(fen)(fen)析(xi)了帶電(dian)基(ji)團(tuan)周(zhou)圍(wei)Na+分(fen)(fen)(fen)布（圖(tu)7（b））。通過計算徑(jing)向分(fen)(fen)(fen)布函數g（r），發(fa)現(xian)(xian)羧酸(suan)(suan)(suan)基(ji)團(tuan)周(zhou)圍(wei)吸引(yin)(yin)了較(jiao)(jiao)(jiao)多(duo)(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Na+，導致(zhi)Na+在(zai)(zai)(zai)聚(ju)合物(wu)(wu)附(fu)近(jin)聚(ju)集(ji)，而(er)改(gai)(gai)(gai)性(xing)引(yin)(yin)入(ru)(ru)(ru)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磺(huang)酸(suan)(suan)(suan)基(ji)團(tuan)具(ju)有(you)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗鹽(yan)作(zuo)用(yong)，其(qi)周(zhou)圍(wei)分(fen)(fen)(fen)布的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Na+數量(liang)更少。這也(ye)就導致(zhi)2種體(ti)系界(jie)(jie)面(mian)附(fu)近(jin)Na+密度(du)不(bu)同(tong)（圖(tu)7（c））。由(you)于HPAM含有(you)較(jiao)(jiao)(jiao)多(duo)(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)羧酸(suan)(suan)(suan)基(ji)團(tuan)，會(hui)引(yin)(yin)起Na+在(zai)(zai)(zai)聚(ju)合物(wu)(wu)附(fu)近(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)富集(ji)，導致(zhi)界(jie)(jie)面(mian)張(zhang)力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)(jia)。而(er)在(zai)(zai)(zai)加(jia)(jia)入(ru)(ru)(ru)改(gai)(gai)(gai)性(xing)HPAM后，引(yin)(yin)入(ru)(ru)(ru)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磺(huang)酸(suan)(suan)(suan)基(ji)團(tuan)對Na+的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸引(yin)(yin)力較(jiao)(jiao)(jiao)弱，導致(zhi)界(jie)(jie)面(mian)附(fu)近(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Na+和改(gai)(gai)(gai)性(xing)前相比有(you)明(ming)顯的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)少，界(jie)(jie)面(mian)張(zhang)力增(zeng)加(jia)(jia)較(jiao)(jiao)(jiao)少。因此加(jia)(jia)入(ru)(ru)(ru)磺(huang)化(hua)改(gai)(gai)(gai)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)HPAM在(zai)(zai)(zai)高(gao)礦化(hua)度(du)下仍然可以(yi)保持(chi)較(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)界(jie)(jie)面(mian)活性(xing)。

3、結論

（1）HPAM降低(di)油(you)水界(jie)面張(zhang)力能力極其有(you)限，而引入疏水基團后的(de)HPAM具有(you)較(jiao)好的(de)降低(di)界(jie)面張(zhang)力效(xiao)果(guo)。

（2）相較(jiao)于HPAM，引入疏水(shui)(shui)(shui)基團(tuan)改(gai)性后HPAM增強了與油(you)相的作用，可以在油(you)水(shui)(shui)(shui)界(jie)(jie)面(mian)(mian)形成致(zhi)密(mi)的聚合物膜，增加(jia)了油(you)水(shui)(shui)(shui)界(jie)(jie)面(mian)(mian)層(ceng)厚度，隔離(li)油(you)水(shui)(shui)(shui)兩相的接觸(chu)，從而降(jiang)低(di)了油(you)水(shui)(shui)(shui)接觸(chu)形成的界(jie)(jie)面(mian)(mian)張力(li)。

（3）加(jia)入鹽(yan)離(li)子后，油水界面(mian)張(zhang)(zhang)力有所上升，HPAM耐(nai)鹽(yan)性(xing)能較差，引入磺(huang)化基團(tuan)后的(de)改性(xing)HPAM可以降(jiang)低界面(mian)處(chu)鹽(yan)離(li)子的(de)聚集，界面(mian)張(zhang)(zhang)力上升較小(xiao)，展現出(chu)較好(hao)的(de)耐(nai)鹽(yan)性(xing)能。

研究發現：水解聚丙烯酰胺HPAM降低油水界面張力能力極其有限（二）