勝利油田二元驅(qū)采出液中乳狀液的穩(wěn)定性研究

孫玉海，王　娟，馬天態(tài)，馬素俊，楊景輝，馮雷雷，馮　茜

(中國石化勝利油田采油工藝研究院，山東東營 257000)

二元復合驅(qū)(表面活性劑+聚合物)作為重要的采油技術，具有驅(qū)油效率高的顯著特點,近年來得到了迅速發(fā)展。

二元復合驅(qū)原油中新型驅(qū)油用化學品的應用及原油性質(zhì)的劣質(zhì)化，使得采出水乳化嚴重，油水分離不徹底，污水中含油量大；盡管采取了加大破乳劑及凈水劑用量，增加沉降時間等措施，但均未有效解決生產(chǎn)中存在的問題，采出液處理難度大[1-2]。

目前，對二元驅(qū)采出液的研究報道主要集中在采出液處理劑的研發(fā)[3-6]，而對于二元驅(qū)采出液中油水乳化的特性和穩(wěn)定性的原因鮮有報道。筆者針對勝利油田二元驅(qū)采出液乳狀液難以破乳的問題，通過對其油水特性分析研究，找出了影響乳液破乳的關鍵因素，可解決二元復合驅(qū)采出液的油水分離困難的現(xiàn)狀。

1　實驗

1.1　儀器與原料

恒溫水浴振蕩器；SVT20型視頻旋轉(zhuǎn)滴張力儀，Data physics公司；JB-3型定時恒溫磁力攪拌器，上海雷磁新涇儀器有限公司；1162型Zeta plus電位分析儀，美國Brookhaven公司；界面張力儀，法國IT Concept公司。

石油醚；氯仿；二元驅(qū)采出液，勝利油田孤島第四聯(lián)合站井排來液；二元驅(qū)采出液中的原油組分：飽和分和芳香分占60.70%、膠質(zhì)占30.53%、瀝青質(zhì)占8.77%；采出液的水質(zhì)離子，組成見表1。

表1　采出液水質(zhì)離子組成

1. 2　實驗方法

1.2.1水溶性聚合物(HPAM)含量的測定

采用淀粉-碘化鎘光度法[7-8]測定采出水中的HPAM的含量

1.2.2懸浮物(SS)含量的測定

懸浮物對乳液的穩(wěn)定性有重要的影響，因而研究其含量將是一項重要內(nèi)容，其含量的測定按照《中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準(SY/T 5329—1994)》執(zhí)行。濾膜用蒸餾水浸泡、清洗后，放入烘箱烘干、冷卻后稱重，再將濾膜裝到微孔濾器上過濾水樣，經(jīng)過濾膜烘干、沖洗、再烘干稱重，記錄過濾前后濾膜重量，計算懸浮物的含量。

1.2.3二元驅(qū)原油乳狀液的界面張力測定

原油乳狀液的提取：靜置礦場二元驅(qū)采出液，用注射器取下層水樣，將水樣移入分液漏斗中，用200 mL石油醚分4次萃取水樣，每次都將洗取樣瓶后的石油醚倒入分液漏斗中并振蕩1～2 min；每次加入石油醚振蕩時，在分液漏斗的中部形成穩(wěn)定的乳化層，難以破乳，經(jīng)過4次萃取后，收集中間乳化層(見圖1)，對中間乳化層開展穩(wěn)定性研究。用擴張壓縮界面張力儀研究乳狀液的界面張力、界面彈性模量的變化規(guī)律與體系的穩(wěn)定性。

圖1　二元驅(qū)乳狀液

1.2.4二元驅(qū)乳狀液界面黏彈性的測定

用注射器取二元驅(qū)乳狀液裝入比色皿，在30 ℃測定溶液的界面黏彈性。

1.2.5二元驅(qū)溶液界面膜微觀結(jié)構(gòu)分析

用一次性針管吸取提取的二元驅(qū)乳狀液，滴在玻璃片上用(Nikon SMZ1500)光學顯微鏡直接觀測乳狀液形態(tài)。

1.2.6二元驅(qū)乳狀液Zeta電位分析

二元驅(qū)采出液經(jīng)過4 h的靜置，分離出上層原油，向燒杯中加入下層的二元驅(qū)采出水，用注射器取下層水進行水中油珠的電位測定。

2　結(jié)果與討論

2.1　二元驅(qū)采出液中HPAM含量與采出液穩(wěn)定性的關系

表2　采出液水樣中HPAM的含量及相對分子質(zhì)量

從表2可以看出，采出液水樣中HPAM含量較高，文獻[9]研究發(fā)現(xiàn),當聚合物濃度>80 mg/L時，聚合物在油水界面上的吸附趨于飽和，同時聚合物的體相黏度較大，對界面剪切黏度產(chǎn)生明顯的影響?，F(xiàn)試驗采出液中HPAM含量已經(jīng)遠超過80 mg/L，聚合物溶液本身的黏度對油水界面剪切黏度的影響超過聚合物吸附層對界面剪切黏度的影響。吳華等[10]研究還發(fā)現(xiàn)當聚丙烯酰胺相對分子質(zhì)量低于114×104時，其對采出液穩(wěn)定性無明顯影響。研究的采出液中HPAM的相對分子質(zhì)量遠低于114×104。因而影響采出液穩(wěn)定性的根本因素是聚合物溶液自身的黏度，與分配系數(shù)關系不大。聚丙烯酰胺溶液的自身黏度越大，對采出液穩(wěn)定性的增強作用越明顯。

2.2　采出液中SS含量與乳狀液穩(wěn)定性的關系

采出液中SS的存在會起到固體顆粒乳化劑的作用，使乳狀液中分散液珠的聚并趨勢降低，起到穩(wěn)定乳狀液的作用。

表3　采出液中SS的含量

表3可以看出，二元驅(qū)采出水中SS含量很高，且溶液為均勻的深色，而用氯仿萃取脫除總有機物后，水樣的SS含量大大降低。過濾前水中含油量為134 mg/L，過濾后溶液含油量降為12.5 mg/L，說明溶液中的油和有機物與固體顆粒之間存在較強的相互作用，或有機物質(zhì)以締合狀態(tài)存在，形成大的膠粒，無法透過濾膜，且這部分含油為穩(wěn)定的乳化油方式存在。同時研究人員[5]發(fā)現(xiàn)在低剪切下，HPAM 濃度對于采出液穩(wěn)定性影響較?。欢斎芤褐泻倭抗腆w時，采出液穩(wěn)定性有所增加。因此，高含量的懸浮物和聚合物的協(xié)同作用，對采出液的油水分離造成很大的影響。

2.3　二元驅(qū)乳狀液的界面性能

在30 ℃測量勝利油田采出液二元驅(qū)乳狀液在一定時間內(nèi)的界面張力,結(jié)果見圖2。

圖2　二元驅(qū)乳狀液界面張力隨時間的變化曲線

由圖2計算出二元驅(qū)乳化液的界面張力平均值為14.23 mN/m。從圖2可以看出，動態(tài)界面張力隨時間變化幅度不大，相對比較穩(wěn)定。這說明界面活性物質(zhì)在界面上的吸附穩(wěn)定，且所形成的界面膜具有一定的結(jié)構(gòu)和強度。

2.4　二元驅(qū)乳狀液界面黏彈性與其穩(wěn)定性關系

采用擴張壓縮界面張力儀測定乳狀液的界面彈性模量，測定結(jié)果見圖3。

圖3　二元驅(qū)乳狀液的界面黏彈性

從實驗中計算得出界面彈性模量平均值為4.32 mN/m, 彈性分量0.64 mN/m, 黏性分量1.5 mN/m。由圖3可以看出，乳狀液的彈性模量較大，因而此膜的強度較高，有一定的抗剪切能力，其中的黏性分量占比重相對很大，可以確定該油水體系界面膜的膨脹變形中，黏性變形起主導作用。由此推斷，二元驅(qū)油水體系的穩(wěn)定性與界面膜的黏性有很大的關聯(lián)。這證明，乳狀液的穩(wěn)定性與溶液中聚丙烯酰胺的含量有直接關系。

2.5　二元驅(qū)溶液界面膜微觀結(jié)構(gòu)分析

二元驅(qū)乳狀液(見圖4)的乳化粒子非常小，經(jīng)測量粒徑約為2 μm；且乳狀液基本上水作為外相，油被包裹在里面，形成水包油型乳狀液，在油水界面上有一層比較厚的界面膜，這層厚的界面膜上吸附了固體顆粒。

圖4　為二元驅(qū)乳狀液的微觀形態(tài)照片

2.6　二元驅(qū)乳狀液Zeta與其穩(wěn)定性的關系

圖5為二元驅(qū)乳狀液在放置的過程中乳狀液照片，表4為二元驅(qū)乳狀液放置不同時間測得的水相Zeta電位。

圖5　二元驅(qū)乳狀液照片

參數(shù)時間1d2d7d30dZeta電位/mV-8.43-5.30-3.85-2.54

從表4中可以看出，乳狀液滴表面上是帶負電的。界面電荷理論認為，乳狀液的液珠帶電，使液滴相互接近時產(chǎn)生排斥力，從而防止液滴聚結(jié)。因此，Zeta電位數(shù)值越大，乳狀液越穩(wěn)定；隨著放置時間的延長，二元驅(qū)乳狀液逐漸破乳，大約在7 d后全部破乳，同時乳狀液的Zeta電位值也逐漸減小，乳狀液中的懸浮物慢慢沉降，溶液逐漸變得澄清。這說明當乳狀液的Zeta電位值減小時，體系的穩(wěn)定變差小。從圖5可以看出，當乳狀液體系破乳后，即乳化液珠的界面膜不存在后，乳狀液的Zeta電位是存在的，但此時它們的靜電穩(wěn)定對乳狀液穩(wěn)定性作用不大。結(jié)合分析可以看出，二元驅(qū)乳狀液之所以能夠穩(wěn)定存在，是有一層強度和厚度很大的界面膜，此膜的主要成分為HPAM和SS及少量的界面活性組分組成。

3　結(jié)論

1)通過對勝利油田二元驅(qū)采出液的組成分析，得出高SS和HPAM含量及兩者的協(xié)同作用，使固體顆?；蛴椭楸砻娴腪eta電位絕對值增大，乳狀液的穩(wěn)定性增強。

2)對勝利油田二元驅(qū)采出液乳狀液的特性研究發(fā)現(xiàn)，其穩(wěn)定性由界面膜和雙電層性質(zhì)決定的。界面膜性質(zhì)穩(wěn)定起主要作用，成膜物質(zhì)的界面活性低；且膜的強度和厚度大；在界面膜的膨脹形變中，黏性變性起到主要的作用，黏性的大小與溶液的體相黏度有關，即與聚丙烯酰胺的含量有直接關系。

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