二元復(fù)合體系組分對(duì)乳狀液類型及穩(wěn)定性影響

吳文祥，董雯婷，吳 鵬

（1. 東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318；2. 中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司中海油實(shí)驗(yàn)中心渤海實(shí)驗(yàn)中心，天津 300450； 3. 渤海石油研究院，天津 300450）

工藝與裝備

二元復(fù)合體系組分對(duì)乳狀液類型及穩(wěn)定性影響

吳文祥1，董雯婷2，吳 鵬3

（1. 東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318；2. 中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司中海油實(shí)驗(yàn)中心渤海實(shí)驗(yàn)中心，天津 300450； 3. 渤海石油研究院，天津 300450）

試驗(yàn)?zāi)M二元復(fù)合驅(qū)油體系及地層中原油形成乳狀液條件，通過(guò)對(duì)室內(nèi)模擬形成的乳狀液。通過(guò)單一變量法改變形成乳狀液所需的二元復(fù)合體系及原油的濃度，分別研究各變量對(duì)乳狀液的穩(wěn)定性及乳狀液類型的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明：對(duì)形成乳狀液類型影響最大的是油水比。對(duì)于乳狀液穩(wěn)定性，O/W型乳狀液中聚合物對(duì)乳狀液體系穩(wěn)定起到積極作用，活性劑濃度高于50 mg/L時(shí)起到消極作用；W/O型乳狀液中聚合物不利于乳狀液穩(wěn)定性，活性劑隨著濃度的增加對(duì)乳狀液穩(wěn)定性由消極作用轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極作用。

乳狀液類型；乳狀液穩(wěn)定性；二元復(fù)合體系

目前，國(guó)內(nèi)大部分油區(qū)已相繼進(jìn)入了采出液含水高階段［1］。這一開(kāi)采期，化學(xué)劑驅(qū)油技術(shù)可有效的動(dòng)用地層中的殘余油，大幅度的提高原油采收率，對(duì)油田保持穩(wěn)產(chǎn)具有重要的意義［2，3］。但采用具有乳化作用的復(fù)合驅(qū)油體系雖然可以有效的提高采收率，但采出液是原油、水、表面活性劑組成的混合物形成不同類型乳狀液，主要為W/0、0/W型乳狀液［4-6］。本文通過(guò)單一變量的方法，通過(guò)對(duì)室內(nèi)模擬形成乳狀液進(jìn)行測(cè)定，以此研究二元復(fù)合體系各組分及原油對(duì)乳狀液類型及穩(wěn)定性影響規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

聚合物：聚丙烯酰胺，相對(duì)分子質(zhì)量分別為1400×104，固含量均為90%；活性劑：石油磺酸鹽，有效含量30%；用水：大慶油田模擬污水，礦化度13 000 mg/L；用油：大慶油田紅崗原油。

1.2 原油乳狀液配制方法

（1）O/W型乳狀液配制方法：配制300 g二元復(fù)合體系，按方案設(shè)計(jì)濃度稱取相應(yīng)質(zhì)量濃度的石油磺酸鹽，并加入相應(yīng)質(zhì)量的污水，充分?jǐn)嚢杌旌衔?5 min；按設(shè)計(jì)濃度稱取并添加聚丙烯酰胺至混合物，將300 g混合物充分?jǐn)嚢?20 min，完成二元復(fù)合體系配制。在 45 ℃恒溫水浴箱中，按照設(shè)計(jì)的油水質(zhì)量比向300 g復(fù)合體系中加入相應(yīng)質(zhì)量的原油，在轉(zhuǎn)速2 000 r/min下攪拌10 min后靜置，取下層混合均勻的液體為實(shí)驗(yàn)用O/W型乳狀液。

（2）W/O型乳狀液配制方法：先稱重原油450 g置于45 ℃恒溫水浴箱中60 min；按（1）中配制方法配制目的濃度的二元復(fù)合體系，并置于水浴中恒溫45 min。按照設(shè)計(jì)的油水質(zhì)量比，向450 g原油中添加一定質(zhì)量的二元復(fù)合體系，在轉(zhuǎn)速 2 000 r/min下攪拌10 min后靜置，取下層混合均勻的液體為實(shí)驗(yàn)用W/O型乳狀液。

1.3 乳狀液類型的判定方法

濾紙潤(rùn)濕法：將濾紙浸泡在質(zhì)量含量為 20%的CoCl2溶液后烘干，將待測(cè)定乳狀液取一滴滴于濾紙，觀測(cè)結(jié)果。濾紙保持藍(lán)色、液滴不展開(kāi)，乳狀液為W/O型；濾紙變紅、液滴展開(kāi)，乳狀液為O/W型。

1.4 乳狀液穩(wěn)定的判定方法

通過(guò)采用GB/T 8929-2006《原油水含量的測(cè)定蒸餾法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，分別測(cè)定乳狀液體系油中含水量和水中含油量，判定采出乳狀液穩(wěn)定性。

2 結(jié)果與討論

2.1 各組分對(duì)乳狀液類型的影響

2.1.1 水油比對(duì)乳狀液類型影響

按照不同的水/油比配制室內(nèi)配制乳狀液，評(píng)價(jià)不同水油比對(duì)乳狀液類型的影響規(guī)律，將模擬結(jié)果列于表1。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：形成乳狀液混合物時(shí)，二元復(fù)合體系和原油間的質(zhì)量比一經(jīng)改變，乳狀液類型有所變化，特別是但油水比大于1：1時(shí)，乳狀液類型變化較大。當(dāng)油水比大于1：1時(shí)，室內(nèi)形成的乳狀液類型是W/O型；當(dāng)油水比大于1：1時(shí)，室內(nèi)形成的乳狀液分為類型不同的兩層，既下部為O/W型乳狀液而上部為W/O型乳狀液。

表1 不同水油比條件下采出乳狀液類型Table 1 Emulsion type under different water- oil ratio

2.1.2 聚合物濃度對(duì)乳狀液類型影響

現(xiàn)固定原油和二元復(fù)合體系間的質(zhì)量比為1∶9，其他實(shí)驗(yàn)條件不變，通過(guò)單一變量法改變配制乳狀液用二元復(fù)合體系中聚合物的質(zhì)量濃度，揭示聚合物濃度對(duì)采出液類型的影響規(guī)律，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制于表2。

表2 聚合物濃度對(duì)乳狀液類型的影響Table 2 Effect of polymer concentration on the type ofemulsion

在相同的油水比1∶9的情況下，將五組實(shí)驗(yàn)方案與污水與原油形成的乳狀液類型進(jìn)行比較，聚合物的加入并沒(méi)有改變?nèi)闋钜旱念愋?。同時(shí)對(duì)比著五組實(shí)驗(yàn)結(jié)果：聚合物濃度對(duì)形成乳狀液的類型并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的影響，五組實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表現(xiàn)出下部為O/W型乳狀液而上部為W/O型乳狀液的雙層乳狀液，隨著聚合物濃度的增加也沒(méi)有任何變化。

2.1.3 活性劑濃度對(duì)乳狀液類型影響

現(xiàn)固定原油和二元復(fù)合體系間的質(zhì)量比為1:9，其他實(shí)驗(yàn)條件不變，通過(guò)單一變量法改變配制乳狀液用二元復(fù)合體系中表面活性劑的質(zhì)量濃度，揭示表面活性劑濃度對(duì)采出液類型的影響規(guī)律，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制于表3。

與聚合物濃度對(duì)乳狀液類型的影響規(guī)律具有相似的實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在原油和二元復(fù)合體系間的質(zhì)量比為1:9的情況下，復(fù)合體系中表面活性劑的質(zhì)量含量高低并沒(méi)有對(duì)乳狀液類型產(chǎn)生影響。室內(nèi)形成的乳狀液體系依舊呈下部為 O/W型乳狀液而上部為W/O型乳狀液的雙層乳狀液。

表3 表面活性劑濃度對(duì)乳狀液類型的影響Table 3 Effects of surface active agent concentration on the type of emulsion

綜合上述單一組分對(duì)乳狀液類型的影響規(guī)律，可分析出影響形成乳狀液類型的主控因素為不同的油水比例，而二元復(fù)合體系中各組分質(zhì)量濃度對(duì)其影響較小。在不同的油水比例下，形成的乳狀液類型差異較大，對(duì)著油水比的增加，采出液趨于轉(zhuǎn)向油包水型乳狀液。

2.2 各組分對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響

2.2.1 聚合物濃度對(duì)乳狀液類型影響

在相同的實(shí)驗(yàn)條件下采用與上文相同的乳狀液配制方法。采用1.4介紹的穩(wěn)定性測(cè)定方法對(duì)不同聚合物濃度的二元復(fù)合體系與原油形成的乳狀液進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)繪制于圖1。

圖1 聚合物對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響Fig.1 Effect of polymer on the stability of emulsion

由圖1可知，隨著乳狀液中聚合物濃度0 mg/L上升為30 mg/L，油相含水量由的65.0%，迅速降至6.5%；在此濃度區(qū)間隨著濃度的增加水相中油的含量不斷增加，同時(shí)水相穩(wěn)定時(shí)間不斷延長(zhǎng)。這一實(shí)驗(yàn)規(guī)律表明：對(duì)于乳狀液穩(wěn)定性，O/W型乳狀液中聚合物對(duì)乳狀液體系穩(wěn)定起到積極作用，W/O型乳狀液中聚合物不利于乳狀液穩(wěn)定性。

W/O型乳狀液中聚合物不利于穩(wěn)定性的主要原因是由于聚合物可以提高水相的粘彈性，在乳狀液形成過(guò)程中粘彈性流體增加了分散相液滴在連續(xù)相分布所需的能量。同時(shí)導(dǎo)致乳狀液中呈分散相的水相粒徑較大，容易聚集不穩(wěn)定［7，8］。O/W型乳狀液中聚合物可以增強(qiáng)乳狀液穩(wěn)定性的機(jī)理是因?yàn)榫酆衔锟梢耘c表面活性劑親水基團(tuán)發(fā)生反映形成界面膜，較大的油膜強(qiáng)度增加了分散相油滴的保護(hù)膜，阻礙了油滴間的聚并作用，隨聚合物濃度增加這一保護(hù)膜的強(qiáng)度增大。聚合物帶負(fù)電性增加了油滴間的靜電斥力、較小了油滴間的聚并機(jī)會(huì)，使得分散相油滴在連續(xù)相中分散的更加均勻，聚合物有利于增加O/W型乳狀液的穩(wěn)定性［9］。

2.2.2 表面活性劑對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響

在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，采用與上文相同的乳狀液配制方法，對(duì)不同濃度表面活性劑與原油形成的乳狀液穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試。采用1.4介紹的穩(wěn)定性測(cè)定方法，考察聚合物對(duì)采出液穩(wěn)定性影響，結(jié)果見(jiàn)繪制于圖2。

圖2 表面活性劑對(duì)化學(xué)驅(qū)模擬采出液穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of surface active agent on the stability of chemical flooding simulation

由圖2可知，對(duì)于O/W型乳狀液，二元復(fù)合體系中表面活性劑濃度由0 mg/L增至50 mg/L時(shí)，與原油形成的乳狀液水相含油量由87.10 mg/L增加到300.55 mg/L，這一結(jié)果表明活性劑對(duì)乳狀液穩(wěn)定起到積極作用。當(dāng)二元復(fù)合體系中表面活性劑濃度超過(guò)50 mg/L后，隨著活性劑濃度的增加，復(fù)合體系與原油形成的乳狀液水相含油量逐漸降低，對(duì)乳狀液穩(wěn)定性起到消極作用。產(chǎn)生上述實(shí)驗(yàn)規(guī)律的主要是因?yàn)樵诘蜐舛葧r(shí)二元復(fù)合體系中表面活性劑對(duì)油珠間的聚并能夠起到了阻礙作用。

表面活性劑濃度由0 mg/L增至50 mg/L時(shí)，對(duì)于W/O型原油乳狀液的穩(wěn)定性有小幅度的下降。繼續(xù)增加表面活性劑濃度至500 mg/L，W/O型原油乳狀液的穩(wěn)定性又逐漸增強(qiáng)。這主演是因?yàn)楸砻婊钚詣?duì) W/O型原油乳狀液的穩(wěn)定性有兩方面影響［10，11］。第一方面活性劑具有乳作用：由于活性劑的存在油水界面上吸附的天然活性物質(zhì)會(huì)脫離其表面而導(dǎo)致乳狀液破乳；另一方面，活性劑同時(shí)對(duì)乳狀液具有穩(wěn)定作用，活性劑的加入可以降低油水間的界面張力以此降低分散相水滴的能量，有利于分散相出于小粒徑，增加了乳狀液的穩(wěn)定性。

所以表面活性劑對(duì)W/O型原油乳狀液穩(wěn)定性的影響表現(xiàn)出在低濃度時(shí)有破乳作用，在高濃度時(shí)具有穩(wěn)定作用雙重特性。

3 結(jié) 論

（1）水油比對(duì)采出乳狀液類型影響較大；二元復(fù)合體系中聚合物、表面活性劑組分濃度對(duì)乳狀液類型無(wú)影響；

（2）對(duì)于乳狀液穩(wěn)定性，O/W型乳狀液中聚合物對(duì)乳狀液體系穩(wěn)定起到積極作用，活性劑濃度高于50 mg/L時(shí)起到消極作用；

（3）W/O型乳狀液中聚合物不利于乳狀液穩(wěn)定性，活性劑隨著濃度的增加對(duì)乳狀液穩(wěn)定性由消極作用轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極作用。

［1］ 胡博仲.聚合物驅(qū)采油工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社， 1997: 27-28.

［2］ 張棟， 等.二元復(fù)合驅(qū)油體系靜態(tài)吸附規(guī)律研究［J］. 當(dāng)代化工， 2015，44（9）: 2078-2080.

［3］趙鳳蘭， 等.ASP體系與大慶原油的乳化作用及影響因素［J］. 油氣地質(zhì)與采收率， 2008， 15（3）:66-69.

［4］徐子健，等. 三元復(fù)合驅(qū)油機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究［J］.當(dāng)代化工， 2015， 44（1）: 24-26.

［5］冷俊，等. 油田化學(xué)驅(qū)油技術(shù)的應(yīng)用［J］. 當(dāng)代化工， 2014， 43（8）: 1495-1497.

［6］李實(shí)， 等. 耐溫耐鹽乳狀液驅(qū)替體系性能研究［J］. 石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)， 2014， 27（2）: 59-64

［7］趙福麟. 采油用劑［M］. 東營(yíng): 石油大學(xué)出版社， 1997: 238-254.

［8］Langdon WK，Camp R L，Heteric/block polyoxyalkylence compound as crude oil demulsifiers:US， 4 183 821［P］.1980.

［9］Liebold G，Oppenlaender K，Buettner E，Demulsifying crude oil emulsi ons:US，3 907 701［P］.1975.

［10］沈平平， 俞稼鋪， 等. 大幅度提高石油采收率的基礎(chǔ)研究［M］. 石油工業(yè)出版社， 2001: 169-174.

［11］Kumar K.，Nikolov A.D.，Wasan D.T.， Mechanisms of Stabilization of Water-in-Crude Oil Emulsions［J］. Ind. Eng. Chem. Res， 2001， 40: 3009-3014.

Effect of SP Composite on Type and Stability of the Emulsion

WU Wen-xiang1，DONG Wen-ting2，WU Peng3
（1. Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery， Northeast Petroleum University， Heilongjiang Daqing 163318， China；2. CNOOC Energy Development Engineering and Technology Branch， Tianjin 300450， China；3. CNOOC Bohai Petroleum Research Institute， Tianjin 300450， China）

The configuration conditions of emulsion were studied. By using the single variable method to change the two-element complex system and the concentration of crude oil， effect of the variables on the stability of the emulsion and the type of emulsion were investigated. The results show that： the greatest impact on the formation of emulsion type is the oil / water ratio. For emulsion stability， the polymer in O/W emulsion has a positive effect on the stability of the emulsion system， and the concentration of the active agent is higher than 50 mg/L， the polymer is not conducive to the stability of W/O emulsion.

Emulsion type； Emulsion stability； SP system

TE 357

A

1671-0460（2015）12-2733-03

國(guó)家重大專項(xiàng)課題“油田開(kāi)采后期提高采收率新技術(shù)”（2011ZX05009-004）。

2015-11-11

吳文祥（1961-），男，吉林省扶余縣人，教授，博士，從事三次采油的研究工作。E-mail：wuwenxiang1961@163.com。