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      基于不同表面活性劑的洗油效率研究*

      2021-07-07 10:36:26曹廣勝陳小璐張紫航
      化學(xué)工程師 2021年6期
      關(guān)鍵詞:洗油油砂活性劑

      曹廣勝,李 丹,陳小璐,王 鑫,張紫航

      (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.新疆克拉瑪依油田工程技術(shù)研究院,新疆 克拉瑪依 834000)

      隨著石油的不斷開(kāi)采,水驅(qū)、聚合物驅(qū)等驅(qū)油方式開(kāi)發(fā)一段時(shí)間之后,剩余油在地層巖石孔隙中的存在狀態(tài)越來(lái)越復(fù)雜,以往的研究主要針對(duì)提高波及體積開(kāi)展,針對(duì)洗油效率的研究相對(duì)較少。白玉杰[1]等人通過(guò)分子模擬的方式研究了不同的表面活性劑對(duì)原油及巖石吸附能力的影響,分析了致密級(jí)油藏滲吸采油機(jī)理。曹廣勝[2-5]等人研究基于不同乳化劑結(jié)構(gòu)的油水乳化性能。張志秋[6]等人合成并分析了腰果酚表面活性劑對(duì)活性原油堵水的影響。可以說(shuō),油田用表面活性劑種類復(fù)雜[7],大幅度的改變地層中油、水以及巖石之間的界面性能和表面性能,實(shí)現(xiàn)油水在地層內(nèi)的乳化、破乳以及其在巖石表面的吸附和分散,進(jìn)而提高油井采收率[8-10]。目前,三次采油大多利用降低油與巖石之間的界面張力將油驅(qū)出。但表活劑的活性容易受溫度和濃度的影響,尤其針對(duì)特殊的油藏,壓力和溫度影響藥劑驅(qū)油的效果。除此之外,表活劑的用量也會(huì)對(duì)最終的洗油效率有影響[11]。因此,需要研究溫度等因素對(duì)不同表活劑洗油效率的影響,從而在石油開(kāi)采過(guò)程中能夠更好的選擇合適的表活劑進(jìn)行驅(qū)油。而單純的巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中由于巖石內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,流體的流動(dòng)狀態(tài)以及所注流體的波及程度會(huì)嚴(yán)重影響原油的采出程度,因此,為了分析不同表面活性劑的洗油效率,本文通過(guò)洗油實(shí)驗(yàn)來(lái)消除注入流體的驅(qū)替、攜帶作用以及巖石孔隙內(nèi)的波及程度對(duì)洗油效率的影響。進(jìn)而明確不同表面活性劑在不同的用量、溫度、濃度下洗油效率的變化規(guī)律,為表面活性劑驅(qū)的廣泛應(yīng)用提供依據(jù)。

      1 實(shí)驗(yàn)部分

      1.1 材料與儀器

      原油(大慶五廠);40~70目石英砂(連云港浩森礦產(chǎn)品有限公司);洗油的表活劑有三乙醇胺油酸皂(山東初鑫化工有限公司);十二烷二甲基甜菜堿(BS-12)(AR山東邦化工貿(mào)中心);椰油酰胺丙基甜菜堿(AB-35)(AR臨沂市綠森化工有限公司);吐溫80(AR南通仁達(dá)有限公司);脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(AES)(AR濟(jì)南國(guó)丞化工有限公司);十六烷基三甲基溴化銨(C19H42BrN)(AR山東邦化工貿(mào)中心);椰油酸鉀皂(CPS)(AR昆山晟安生物科技有限公司)。實(shí)驗(yàn)中配制溶液用蒸餾水作為溶劑。

      天平;離心管(質(zhì)量m0為10.0559g);烘箱;燒杯。

      1.2 原理與方法

      (1)將40~70目石英砂用水沖洗后烘干其中的水,并將油與砂按1∶5混合放到烘箱60℃老化24h后取出作為實(shí)驗(yàn)備用。

      (2)取(1)中油砂為m1(實(shí)驗(yàn)過(guò)程中取的油砂質(zhì)量為2g,共含油0.33g)放入離心管中,向其中加入一定量的表活劑溶液,適當(dāng)左右震動(dòng)4次,蓋好蓋后放入烘箱中,設(shè)定相應(yīng)的溫度,20h后取出。

      (3)取出后沖洗掉洗出的油,同時(shí)倒掉里邊的溶液,并過(guò)濾3次,在過(guò)濾過(guò)程中用小水流進(jìn)行過(guò)濾,避免將石英砂洗掉,影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。洗后放到烘箱里,在60℃下烘干里邊的水。

      (4)將(3)中烘干的油砂進(jìn)行稱量(離心管+油砂),質(zhì)量為m2。

      洗油效率η通過(guò)如下公式進(jìn)行計(jì)算:

      在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,利用控制變量法對(duì)影響不同表面活劑洗油效率的因素進(jìn)行研究,所用的油砂質(zhì)量及洗油時(shí)間均相同。實(shí)驗(yàn)通過(guò)η的大小來(lái)評(píng)價(jià)某種表面活劑洗油能力的大小。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 表面活性劑的量對(duì)洗油效率的影響

      按上述實(shí)驗(yàn)步驟在45和60℃下進(jìn)行,表活劑濃度為2%,研究不同表面活性劑用量對(duì)以上7種表活劑洗油效率的影響,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中以油砂與表面活性劑的比值來(lái)代替表面活性劑的量,并分別在二者之比為1∶1、1∶2、1∶3時(shí)進(jìn)行研究。結(jié)果見(jiàn)圖1。

      圖1 不同表活劑在不同的油劑比下的洗油結(jié)果Fig.1 Washing oil results of different surfactants in different oil agent ratios

      由圖1可以看出,對(duì)于某些表面活性劑而言油砂與表面活性劑的比越小,所驅(qū)出的油越多,離心管中的油圈越厚;而一些表面活性劑的洗油能力并不隨著表面活性劑的增多而提高。

      由圖1可知,在同一溫度下,隨著油砂與劑比的變化,1∶1與1∶2之間洗油效率相差較大,并且空白對(duì)照組和BS-12在兩種溫度下的洗油能力隨著表活劑量的增加而升高,高溫時(shí),AB-35與AES增加表活劑的量對(duì)提高洗油效率起作用,而對(duì)于吐溫80來(lái)說(shuō),在高溫時(shí)增加其用量對(duì)洗油效率幾乎不產(chǎn)生影響,洗油效率增加并不明顯,因?yàn)橥聹?0的洗油能力主要受溫度影響。并且由兩個(gè)溫度下的結(jié)果可以看出,油:表面活性劑為1∶3時(shí)洗油效率均比較小,而未加入表面活性劑的空白樣品中,適當(dāng)?shù)脑黾铀磕軌蛎黠@的增加洗油效果,這是由于油和水之間在巖石表面的吸附差異導(dǎo)致的,在7種表面活性劑中,C19H42BrN、CPS、三乙醇胺油酸皂、AB-35在油砂與表面活性劑的比值為1∶2時(shí)的洗油效率均最高,而不同類型的表面活性劑會(huì)改變這種吸附能力,在一定程度下,當(dāng)表面活性劑用量較高時(shí),油滴會(huì)更容易從巖石表面剝離,而剝離之后的油滴并不穩(wěn)定,部分表面活性劑會(huì)大規(guī)模的剝離巖石表面的原油,這種原油油滴尺寸較大,而油滴在重力作用下運(yùn)移的過(guò)程中會(huì)重新破碎、吸附,導(dǎo)致在較高的用量下其洗油效果降低。小顆粒的油滴則會(huì)更容易從巖石顆粒之間的孔隙中運(yùn)移,不會(huì)被破碎。另外對(duì)比兩種實(shí)驗(yàn)溫度,發(fā)現(xiàn)在較高的溫度下洗油效率較高,這說(shuō)明較高的實(shí)驗(yàn)溫度有助于表面活性劑的剝離作用,分析其原因認(rèn)為原油是一種非常復(fù)雜的有機(jī)混合物,原油中的飽和烴、芳香烴、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量對(duì)原油的吸附性能和流動(dòng)能力影響巨大,一般原油中的膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量較高,受溫度影響,在較高的溫度下會(huì)使整個(gè)原油體系的黏度降低,進(jìn)而增加原油液滴的流動(dòng)能力,增加洗油效率。

      2.2 溫度對(duì)洗油效率的影響

      由于從上述表面活性劑的量對(duì)洗油效率的影響的結(jié)果發(fā)現(xiàn),在7種洗油劑中CPS與三乙醇胺油酸皂的洗油現(xiàn)象不明顯,見(jiàn)圖2。因此,在分析溫度對(duì)洗油效率的影響時(shí),只使用另外的5種藥劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)溫度較高時(shí),原油在表面活性劑的作用下從巖石表面剝離之后會(huì)在重力的作用下進(jìn)入到水相的上部,而產(chǎn)出的原油會(huì)吸附在管壁附近,這說(shuō)明對(duì)于地層內(nèi)的原油,經(jīng)過(guò)洗油效率較高的表面活性劑剝離之后會(huì)重新在油濕的部分進(jìn)行二次吸附,因此,對(duì)于表面活性劑洗油來(lái)說(shuō),一方面需要大幅度的改變巖石的潤(rùn)濕性,盡可能的將吸附在巖石表面的原油剝離,另一方面需要將剝離的原油分散成小油滴,避免其在地層內(nèi)的二次吸附。我們進(jìn)一步改變實(shí)驗(yàn)中溫度分別為30、45、60和75℃,油砂與表面活性劑的比為1∶2,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

      圖2 不同溫度下的洗油結(jié)果Fig.2 Washing oil results at different temperatures

      由圖2可見(jiàn),隨著溫度的升高,洗油效率也隨之升高,并且這5種表面活性劑均呈現(xiàn)這樣的趨勢(shì),溫度為30℃時(shí)只有BS-12的洗油效率與溫度為45℃時(shí)差別較小,而另外4種表活劑在以上兩個(gè)溫度下的洗油效率差別比較大,45、60及75℃時(shí)的洗油效率較接近,當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)表面活性劑的洗油能力增加值不再增加。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)75℃時(shí),AB-35的洗油效率與60℃時(shí)的洗油效率較接近,可見(jiàn)AB-35隨著溫度的增加,洗油效率并不會(huì)隨之升高。而吐溫80的洗油效率一直隨著溫度的升高而增加,這種表面活性劑較易受溫度影響,這與吐溫80在低溫時(shí)容易成膠狀,而高溫時(shí)復(fù)原才能夠發(fā)揮其洗油的能力有關(guān)。其更合適在溫度較高的條件下洗油。

      2.3 表活劑濃度對(duì)洗油效率的影響

      經(jīng)過(guò)分析不同溫度和不同油劑比對(duì)洗油效率的影響實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)AES的洗油效果相對(duì)不明顯,并且其狀態(tài)為粘稠狀,放入蒸餾水中不易均勻溶解,在進(jìn)一步研究濃度對(duì)洗油效率的影響實(shí)驗(yàn)中易影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此,在分析表面活劑濃度對(duì)洗油效率的影響時(shí)利用剩下的4種表面活劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。洗油結(jié)果見(jiàn)圖3。

      圖3 不同表面活性劑濃度下的洗油效果Fig.3 Washing effect of different surfactant concentration

      實(shí)驗(yàn)中,表活劑濃度分別為0.25%、0.5%、1.5%、2%及4%,溫度控制在60℃,油砂與表面活性劑的比值為1∶2。由圖3可以看出,隨著表面活性劑濃度的增加,洗油效率先增加后降低,每種表面活性劑都有相應(yīng)的合適濃度。濃度為0.25%時(shí),C19H42BrN、AB-35和吐溫80這3種表活劑的洗油效率都最低,中BS-12、AB-35和吐溫80在濃度為0.5%時(shí)的洗油效率都比較高,相反在濃度為4%時(shí)表面活性劑的洗油能力并不高。在以上幾個(gè)表面活性劑濃度下吐溫80的洗油效率均最高,對(duì)于C19H42BrN只有濃度為2%時(shí)洗油效率才較高。

      3 結(jié)論

      (1)當(dāng)油砂與表面活性劑量的比值為1∶1和1∶2時(shí)所呈現(xiàn)的差別比較明顯,油砂與表面活性劑的比值為1∶2時(shí),對(duì)提高C19H42BrN、CPS、三乙醇胺油酸皂、AB-35的洗油效率有效。

      (2)在7種表面活性劑中,三乙醇胺油酸皂的洗油效率最低,CPS洗油結(jié)束后現(xiàn)象不明顯,不會(huì)像其他表面活性劑洗油結(jié)束后洗出的油浮在表活劑溶液上。

      (3)隨著溫度的升高,表面活性劑的洗油效率隨之升高。AB-35的洗油效率受溫度影響比較小,而AES和吐溫80的洗油效率受溫度影響較大。

      (4)隨著表面活性劑濃度的增加,洗油效率先增加后降低,不同表面活性劑均有其相對(duì)應(yīng)的最佳濃度,而不同表面活性劑下洗油時(shí)發(fā)現(xiàn)吐溫80洗油效率均最高。

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