三元復(fù)合體系界面張力與乳化性能相關(guān)性研究

郭春萍

(中國石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院,黑龍江大慶163712)

三元復(fù)合體系界面張力與乳化性能相關(guān)性研究

郭春萍

(中國石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院,黑龍江大慶163712)

通過用不同界面張力體系和原油進(jìn)行乳化實(shí)驗(yàn),制備出一系列不同數(shù)量級的界面張力值和不同乳化效果的樣品,并且考察了樣品界面張力性能和乳化性能的對應(yīng)關(guān)系,研究了界面張力性能和乳化程度的關(guān)系:復(fù)合體系界面張力性能與乳化程度具有一致性,復(fù)合體系界面張力的降低使體系乳化易于自發(fā)。

三元復(fù)合體系;界面張力;乳化程度;相關(guān)性

1 問題提出

如何保持較高的產(chǎn)量規(guī)模并滿足國家對原油的需求,已成為國內(nèi)各油氣田迫切需要研究和解決的突出問題。通過油田穩(wěn)產(chǎn)技術(shù)研究,發(fā)展能大幅度提高高含水老區(qū)采收率的三次采油新技術(shù),是未來實(shí)現(xiàn)長期高產(chǎn)的最佳途徑[1-2]。

自從上個(gè)世紀(jì)20年代開始,國外就已經(jīng)著手研究復(fù)合驅(qū)提高采收率技術(shù)。化學(xué)復(fù)合驅(qū)技術(shù)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的三次采油新技術(shù),它是在表面活性劑/聚合物二元復(fù)合驅(qū)、堿/聚合物二元復(fù)合驅(qū)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的三次采油新技術(shù),綜合發(fā)揮了堿、表面活性劑、聚合物等化學(xué)劑作用,并產(chǎn)生了較好的協(xié)同效應(yīng),充分提高了各種化學(xué)劑效率,并大幅度降低了化學(xué)劑尤其是表面活性劑的用量[3-4]。

驅(qū)油體系性能是影響化學(xué)復(fù)合驅(qū)效果的重要因素。研究乳化機(jī)理和乳化程度,對認(rèn)識驅(qū)油機(jī)理和采出液處理具有重要的理論和實(shí)際意義。而驅(qū)替相與被驅(qū)替相間的界面張力是評價(jià)驅(qū)油體系性質(zhì)的重要指標(biāo)之一。復(fù)合體系界面張力性能和乳化性能與提高采收率密切相關(guān),而體系兩大影響因素相關(guān)性卻鮮有報(bào)導(dǎo)。本文將從油水界面性質(zhì)、界面膜強(qiáng)度方面探討體系界面張力與乳化性能相關(guān)性[5,8]。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)藥劑及材料

聚合物:聚丙烯酰胺;表活劑:烷基苯磺酸鹽;堿:NaOH分析純;實(shí)驗(yàn)溫度:45℃;實(shí)驗(yàn)用水:大慶油田采油一廠污水(原始地層水礦化度均值為5061.36);實(shí)驗(yàn)用油:大慶油田采油一廠聯(lián)合站脫水原油(表1)。

表1 原油物性(平均值)

2.2 三元體系的配制

配制 24個(gè)三元樣品,其聚合物濃度均為1500mg/L,堿(A)/表面活性劑(S)濃度見表2。

表2 三元體系堿與表面活性劑配方

2.3 體系界面張力值的測定

配制24個(gè)三元體系,其聚合物濃度均為1 500 mg/L,堿(A)/表面活性劑(S)濃度見表3。實(shí)驗(yàn)中,我們分別固定堿(A)質(zhì)量百分比濃度0.4%,0.6%,0.8%,1.0%,1.2%,1.4%,測定表活劑質(zhì)量百分比濃度(S)從0.05%,0.1%,0.2%,0.3%,0.4%變化時(shí)體系界面張力值的變化。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),繪制了界面張力活性圖,如圖1。可見,該體系大部分點(diǎn)的界面張力值都達(dá)到了10-3,只有堿濃度過高或過低時(shí)界面張力值較高。表活劑濃度0.2%,堿濃度1.0%時(shí)界面張力值為體系中最低點(diǎn)。

表3 體系界面張力值

圖1 體系界面張力活性圖

結(jié)合界面張力活性圖和體系界面張力值表,選取界面張力活性圖中較穩(wěn)定區(qū)域且有代表性的三點(diǎn),分別為配方 A/S:0.2%/1.0%、0.1%/0.8%、0.05/0.4%三個(gè)樣品,定義為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號樣品,平衡界面張力值分別為1.15×10-4、1.06×10-3、1.34×10-2,界面張力值Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ,且相差約一個(gè)數(shù)量級。

2.4 三元體系/原油乳化樣品的制備

45℃條件下,將三元體系與原油按質(zhì)量1:1裝入具塞試管中混合,手搖上下50次,觀察水相、油相狀態(tài)和體積變化。根據(jù)FRENCH提出的復(fù)合驅(qū)油體系乳化效果的標(biāo)準(zhǔn),將評價(jià)方法引入到三元復(fù)合體系效果評價(jià)表(表4)。

表4 復(fù)合驅(qū)油體系乳化效果的標(biāo)準(zhǔn)

表5 體系乳化效果評價(jià)

對照表3、表5可見,Ⅰ號樣品乳化等級為4級,Ⅱ號樣品乳化等級為3級,Ⅲ號樣品乳化等級為1級,與界面張力值相對應(yīng)。且體系界面張力與乳化效果整體上呈嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系。可見,三元樣品的界面張力值越低,乳化效果越好。

3 結(jié)論與討論

3.1 復(fù)合體系界面張力性能與乳化程度具有一致性

(1)表面活性劑具有的特定結(jié)構(gòu)及堿與原油生成的天然石油酸皂,使三元體系具有界面活性。界面活性劑的富集程度是降低界面張力的直接原因,且界面活性物對原油的乳化也起決定作用。

(2)體系界面張力值越低說明界面活性物質(zhì)濃度越高,乳化等級越高,越接近最佳狀態(tài)。同樣,乳化等級越高,則界面活性越高,原油/驅(qū)油劑體系的界面張力越低,越接近最佳狀態(tài)。

3.2 復(fù)合體系界面張力值的降低使體系乳化易于自發(fā)

乳狀液存在很大的相界面,原體系的總界面能較高,在界面面積不變的情況下,表面活性劑的加入,降低了油水兩相間的界面張力,即降低了體系界面能,使復(fù)合體系乳化易于自發(fā),且利于增加乳狀液的熱力學(xué)穩(wěn)定性。

3.3 復(fù)合體系界面張力值的降低與乳狀液穩(wěn)定性關(guān)系仍需深入研究

降低復(fù)合體系油水界面張力值有利于增加乳狀液的熱力學(xué)穩(wěn)定性,同時(shí)又可以保持乳狀液動力學(xué)穩(wěn)定性不變,增加乳狀液的穩(wěn)定性,且界面活性物能吸附在油水界面上形成界面膜,對原油乳狀液的穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用。但體系界面張力值越低,界面膜的強(qiáng)度也隨之減弱,乳化體系穩(wěn)定性下降。降低界面張力對乳狀液穩(wěn)定性是一個(gè)有利因素,但不是絕對因素。

[1]康萬利,李金環(huán),趙學(xué)乾.界面張力和乳滴大小對乳狀液穩(wěn)定性的影響[J].油氣田地面工程,2005,(2):11-12

[2]王鳳蘭,楊鳳華,史國蕊,等.三元復(fù)合體系的界面張力及其影響因素[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào),2001,(2):25-28

[3]朱埗瑤,趙振國.界面化學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1999:135

[4]焦學(xué)瞬,賀明波.乳狀液與乳化技術(shù)新技術(shù)應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:97

[5]呂玲,黃志宇,鄒長軍,等.三次采油用石油磺酸鹽體系的界面張力及其影響因素[J].內(nèi)蒙古石油化工,2006,(6):122～125

[6]袁慶勝.動態(tài)界面張力特征及影響因素研究[J].油氣地質(zhì)與采收率,2003,10(3),59-61

[7]徐志成,安靜儀,張路,等.原油乳狀液油-水界面上活性物的結(jié)構(gòu)和活性[J].石油學(xué)報(bào),2003,19(5):1-6

[8]劉立偉,侯吉瑞,岳湘安,等.復(fù)合體系與原油接觸時(shí)間對界面張力的影響[J].鉆采工藝,2007,30(6):105-107

[9]管公帥.三元復(fù)合驅(qū)采出液中硅離子定量分析研究與應(yīng)用[J].石油地質(zhì)與工程,2008,22(2):88-90

編輯:李金華

TE357

A

1673-8217(2010)02-0107-02

2009-03-04;改回日期:2009-11-13

郭春萍,工程師,1981年生,2006年大慶石油學(xué)院巖石礦物學(xué)專業(yè)碩士畢業(yè),現(xiàn)從事提高采收率研究工作。

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“低滲透油層提高驅(qū)油效率的機(jī)理研究”(50634020)資助課題部分內(nèi)容。