復(fù)合體系與原油多次乳化過程中油水界面張力變化規(guī)律

耿杰，陸屹，李笑薇，郭春萍

(1.中國石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院，山東青島 266580;2.大慶油田勘探開發(fā)研究院采收率二室，黑龍江大慶 163712)

在三元復(fù)合驅(qū)中，油/水間的界面張力是一項非常重要的參數(shù)，它決定著復(fù)合驅(qū)的驅(qū)油效率，是復(fù)合驅(qū)配方篩選的一個重要評價指標(biāo)，對于三元復(fù)合體系機(jī)理研究也起著至關(guān)重要的作用［1-8］。復(fù)合體系注入地層后，在地層剪切力作用下原油會與注入體系不斷發(fā)生乳化、攜帶、再次乳化，在提高洗油效率的同時抑制驅(qū)油劑沿原水流通道突進(jìn)［9-14］。對復(fù)合體系乳化作用的報道多為相同含水率一次均化后的研究，為了模擬不斷驅(qū)替多次乳化的過程，設(shè)計開展了多次乳化實驗。由于水相和上相油經(jīng)多次乳化后組成和性質(zhì)會發(fā)生很大變化，必然影響界面張力大小，本文首次測定了不同含水率的三元體系與原油多次乳化過程中水相與上相油和原油間界面張力，據(jù)此研究了界面張力變化規(guī)律。相關(guān)成果對更進(jìn)一步了解化學(xué)驅(qū)的機(jī)理，優(yōu)化現(xiàn)場配方設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

烷基苯磺酸鹽;NaOH，分析純;聚丙烯酰胺(2 500萬HPAM);原油，大慶油田六廠聯(lián)合站;污水，大慶油田六廠深度處理污水。

POLYTON均質(zhì)器;Model TX500C界面張力儀。

1.2 實驗方法

配制活性劑濃度為0.3%，NaOH濃度為1.2%，聚丙烯酰胺濃度為2 000 mg/L的三元復(fù)合體系，及活性劑濃度為0.3%，NaOH濃度為1.2%的二元復(fù)合體系，取不同體積的原油和復(fù)合體系，放入25 mL比色管中，在溫度為45℃的情況下，用均質(zhì)器11 000 r/min攪拌1 min后，放置在恒溫箱中;24 h后，待油水分相后，取出下相水，重新與新原油用均質(zhì)器11 000 r/min攪拌1 min進(jìn)行乳化;每次乳化后，測定水相與原油及與上相油間的界面張力。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳化次數(shù)對三元復(fù)合體系與原油界面張力的影響

界面張力的高低反應(yīng)體系啟動剩余油的能力，分析含水不同的三元體系多次乳化后與原油間的界面張力見圖1。

圖1 水相與原油間界面張力隨乳化次數(shù)變化Fig.1 Oil/water interfacial tension vs.emulsification times

由圖1可知，含水為50%的三元體系與原油間的界面張力乳化第5次后界面張力仍能達(dá)到超低，出現(xiàn)比最初界面張力值還低的現(xiàn)象，為多次乳化后界面張力數(shù)值中的最低點，因為體系與原油多次乳化后形成新的石油酸皂等活性物質(zhì)，不斷累積溶于水相中，有增溶的原油存在，該復(fù)合體系界面張力也有超低的可能［15］。乳化第6次以后水相與原油的界面張力開始不能達(dá)到超低。而含水為80%和90%的三元體系乳化第8次后水相與原油的界面張力仍能達(dá)到超低。說明，三元體系多次乳化后水相與原油具有較強(qiáng)的保持超低界面張力的能力。目前，大慶油田三元復(fù)合驅(qū)現(xiàn)場試驗含水達(dá)到80%甚至90%以上，因此，在不考慮其它因素影響的條件下，地下原油與三元體系應(yīng)該能保持良好超低界面張力，且在一定范圍內(nèi)，超低界面張力低于初始界面張力。另外，從圖中還可看出隨著乳化次數(shù)增加，三元體系與原油間最低界面張力值有先下降后升高趨勢，有利于啟動剩余油。

2.2 乳化次數(shù)對三元復(fù)合體系與上相油間界面張力的影響

含水不同的三元體系與乳化后上相油間的界面張力變化關(guān)系，見圖2。

圖2 水相與上相油間界面張力隨乳化次數(shù)變化關(guān)系Fig.2 Oil from upper/water interfacial tension vs.emulsification times

由圖2可知，隨著含水增加，水相與上相油間的界面張力達(dá)到超低的次數(shù)增加，含水50%的三元體系與上相油，第3次以后界面張力不能達(dá)到超低，而含水80%和90%的三元體系分別在第7次和第8次乳化后仍能與上相油間達(dá)到超低。因為隨著含水率的增加三元體系表面活性劑和堿的含量更多，表面活性劑、堿與原油之間的比例也更大，因而降低界面張力效果越好［16-18］。

2.3 水相與原油間和與上相油間的界面張力比較

對含水為50%，80%和90%三元體系的水相與原油間和與上相油間的界面張力變化趨勢進(jìn)行比較，見圖3～圖5。

圖3 含水50%體系水相與原油間和與上相油間的界面張力比較Fig.3 Comparing oil/water interfacial tension and oil from upper/water interfacial tension at water content of 50%

圖4 含水80%體系水相與原油間和與上相油間的界面張力比較Fig.4 Comparing oil/water interfacial tension and oil from upper/water interfacial tension at water content of 80%

圖5 含水90%體系水相與原油間和與上相油間的界面張力比較Fig.5 Comparing oil/water interfacial tension and oil from upper/water interfacial tension at water content of 90%

從總體上看，水相與原油間的界面張力低于其與上相油間的界面張力，在乳化第6次以后兩者開始趨同。說明乳化會導(dǎo)致油相中的組成發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致油相性質(zhì)發(fā)生變化。因此在復(fù)合驅(qū)驅(qū)替的適當(dāng)時機(jī)應(yīng)對驅(qū)油體系的配方進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

2.4 體系配方對界面張力的影響

分別考察了二元體系和三元體系與原油間和與上相油間的界面張力，見圖6和圖7。

圖6 二元體系和三元體系與原油間界面張力Fig.6 Oil/binary system and oil/ternary system interfacial tension

由圖可知，無論是與原油間的界面張力還是與上相油間的界面張力達(dá)到超低時的乳化次數(shù)二元體系都多于三元體系。三元體系中由于聚合物的存在致使表面活性劑在界面排列沒有二元體系中表面活性劑排列的更緊密，因而二元體系乳化性能總體上略高于三元體系。因此在復(fù)合驅(qū)注入段塞優(yōu)化時可適當(dāng)考慮二元體系。

圖7 二元體系和三元體系與上相油間界面張力Fig.7 Oil from upper/binary system and oil from upper/ternary system interfacial tension

3 結(jié)論

(1)三元體系與大慶六廠原油多次乳化后，具有較強(qiáng)的保持超低界面張力的能力，在不考慮其它因素影響的條件下，地下原油與三元體系應(yīng)該能保持良好超低界面張力，且在一定范圍內(nèi)，超低界面張力比初始界面張力還低。

(2)水相與上相油間界面張力達(dá)到超低的乳化次數(shù)隨含水增加而增加。乳化次數(shù)相同時，水相與原油間界面張力低于其與上相油間界面張力。隨著乳化次數(shù)增加，三元體系與原油間界面張力值有先下降后升高的趨勢，這種變化趨勢有利于啟動剩余油。多次乳化導(dǎo)致油相性質(zhì)發(fā)生變化，因此在復(fù)合驅(qū)驅(qū)替的適當(dāng)時機(jī)應(yīng)對驅(qū)油體系的配方進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

(3)二元體系乳化性能總體上略高于三元體系，在段塞優(yōu)化時可適當(dāng)考慮二元體系。

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