二元復合體系乳化增溶影響因素分析

常春苗 (大慶油田有限責任公司第一采油廠,黑龍江大慶1 631 11)

聚合物與表面活性劑二元復合驅是一種充分發(fā)揮聚合物和表面活性劑協同作用來提高原油采收率的強化采油方法,它主要靠的是聚合物粘彈性擴大波及體積,表面活性劑的活性降低油水界面張力。由于二元復合驅中存在著表面活性劑等活性組分,因此在油藏和采出液中存在著不同程度的乳化,而油藏中的乳化對于提高采收率所起的作用是近些年研究的焦點。二元復合體系與原油的乳化作用包括乳化的難易程度、所形成乳狀液的類型以及穩(wěn)定性。二元復合體系與原油的接觸方式、復合體系組分及含量等因素均會影響復合體系與原油的乳化作用。為此,筆者在室內對不同復合體系的含量、組成以及復合體系類型進行了乳化增溶性能研究。

1 試驗部分

1.1 試驗儀器

TX-500C型旋轉滴界面張力儀;DV-Ⅱ+型布氏粘度計;恒溫箱;50ml具塞比色管;25ml比色管;電子天平 (0.01、0.0001g)等。

1.2 試驗方法

1)界面張力測定方法 使用TX-500C型旋轉滴界面張力儀,在樣品中加入形成界面的兩液相,然后將樣品放入到界面張力儀中,設置旋轉速度為5000r/min,溫度為45℃,20min讀取一個數值,待2h后,記錄平衡時的界面張力值。

2)粘度測定方法 使用BrookfieldDV-Ⅱ+型粘度計,取16ml待測樣品與UL轉子套筒中,裝上UL轉子,在轉速為6r/min(7.34 S-1)、45℃條件下,穩(wěn)定后讀取粘度值。

3)乳化增溶測定方法 室內配制二元體系樣品,與大慶采油一廠脫水原油以1∶1的比例裝入50ml具塞比色管中,震蕩搖勻放置在45℃的烘箱中。每天搖動2～3次,再放在恒溫箱靜止狀態(tài),待平衡后,觀察乳化增溶現象。

2 結果和討論

2.1 不同聚合物類型對乳化增溶的影響

在室內分別用普通低分、中分、高分和超高分的聚合物配制二元體系溶液,與大慶采油一廠脫水原油以1∶1的比例裝入50ml具塞比色管中,震蕩搖勻放置在45℃的烘箱中。每天搖動2～3次,再放在恒溫箱靜止狀態(tài),待平衡后,觀察乳化增溶現象。不同聚合物類型二元體系粘度和界面張力情況如表1。從表1數據看,體系粘度相差較大,高分和超高分二元體系達不到超低界面張力要求,其余體系均能達到超低界面張力要求。

不同聚合物類型體系吸水率曲線如圖1所示,從乳化吸水率看,體系粘度相差較大,聚合物類型對體系乳化增溶性存在一定的影響,超高分聚合物配制的二元體系在水相中形成了水包油型乳狀液。主要是由于水溶性高分子聚合物的親水性遠遠大于親油性,因此在水相中的溶解度大于在油相中的溶解度,并使得水相成為連續(xù)相而油相成為分散相。對于相對分子質量大的聚合物,由于分子鏈長且相互纏繞,從而需要更大的外力才能使液滴尺寸變小,使分散在水相中的油滴上升速度降低,不易從水相中脫附到油相中,從而更有利于O/W型乳狀液的形成。對于相對分子質量低的聚合物分子鏈較短,對溶解度的影響還不足以使乳狀液轉型,但會使水相粘度增加,吸水率降低[1]。

表1 不同聚合物類型二元體系粘度和界面張力情況

2.2 不同表面活性劑類型對乳化增溶的影響

在室內分別用DLH-LS、DLH-SS、H LX型和烷基苯磺酸鹽型的表面活性劑配制二元體系溶液,與大慶采油一廠脫水原油以1∶1的比例裝入50ml具塞比色管中,震蕩搖勻放置在45℃的烘箱中。每天搖動2～3次,再放在恒溫箱靜止狀態(tài),待平衡后觀察乳化增溶現象。不同表面活性劑類型二元體系粘度和界面張力情況如表2所示,從粘度和界面張力檢測數據看,體系粘度相差不大,只有DLH-LS表面活性劑配制的二元體系能達到超低界面張力要求,其余體系均達不到。

不同表面活性劑類型體系吸水率曲線如圖2所示,從乳化吸水率看,各二元體系在水相中均出現了水包油的乳狀液現象。這主要是由于當乳狀液為O/W型時,分散相為油,連續(xù)相為水,由于水溶性聚合物增加水相粘度,而表面活性劑會降低界面張力,從而促進O/W型乳狀液的形成。

圖1 不同聚合物類型體系吸水率曲線

圖2 不同表面活性劑類型體系吸水率曲線

表2 不同表面活性劑類型二元體系粘度和界面張力情況

從二元體系O/W型乳化現象看,DLH-SS和二元表面活性劑配制的體系最為明顯,DLH-LS表面活性劑配制的二元體系乳化性最不明顯。但從體系界面張力數據看,只有DLH-LS表面活性劑配制的二元體系能達到超低界面要求,這主要是由于單純油/水界面張力的高低只是表明了乳狀液形成的難易,并非乳狀液穩(wěn)定性的必然衡量指標。降低界面張力對乳狀液的穩(wěn)定是一個有利因素,但不是決定因素。乳狀液穩(wěn)定的絕對因素是界面膜 (界面吸附形成界面膜)強度。若當界面張力降低的同時,界面膜的強度也隨之減弱,其乳化體系的穩(wěn)定性也會下降[1]。

2.3 不同聚合物濃度對乳化增溶的影響

在室內分別配制聚合物濃度為2500、2000和 1500mg/L,表面活性劑濃度為0.3%的二元體系后,與大慶采油一廠脫水原油進行1∶1混合,混合后觀察乳化增溶現象。不同聚合物濃度二元體系粘度和界面張力情況如表3所示,不同聚合物濃度體系吸水率曲線如圖3所示。從體系的乳化增溶現象看,體系未出現明顯的乳化層,在下層水相中顯現出了明顯的增溶性,部分油滴進入到水相中形成了均一體系。同時,在表面活性劑濃度一定的條件下,聚合物濃度為2500mg/L的二元體系的乳化吸水效果好于聚合物濃度為2000mg/L和1500mg/L的二元體系。主要是由于乳狀液從形成到穩(wěn)定需要一個過程,而乳狀液的穩(wěn)定性與油滴上升速度、液滴直徑和水油密度差成正比,與水相粘度成反比。高濃度聚合物通過增加粘度而降低油滴上升的速度,從而使油滴不易從水相中脫離重新進入到油相中,進一步增加水相穩(wěn)定性,使油水成為均一體系。

表3 不同聚合物濃度二元體系粘度和界面張力情況

2.4 不同表面活性劑濃度對乳化增溶的影響

圖3 不同聚合物濃度體系吸水率曲線

在室內分別配制聚合物濃度為2000mg/L,表面活性劑濃度分別為 0、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%、0.8%和 1.0%的二元體系后,與大慶采油一廠脫水原油進行1∶1混合,混合后觀察乳化增溶現象。不同表面活性劑濃度二元體系粘度和界面張力情況如表4所示,從檢測數據看,聚合物濃度一定時,隨表面活性劑濃度增大體系粘度略有上升,但界面張力并不是隨著表面活性劑濃度的增大逐漸降低,而是表面活性劑濃度在一定范圍內界面張力才能達到超低要求。主要是由于表面活性劑具有親油親水基團,在油水界面吸附,降低油水界面張力,但當表面活性劑濃度達到一定程度后,原油的非極性碳氫鏈容易插入表面活性劑吸附層中的定向的碳氫鏈間,同時分散在水相中的表面活性劑分子會與界面上的表面活性劑分子競爭吸附到界面,從而破壞了油水界面的穩(wěn)定性,使油水界面張力上升。

表4 不同表面活性劑濃度二元體系粘度和界面張力情況

不同表面活性劑濃度體系吸水率曲線如圖4所示。從觀測結果看,水相中體系相對均一穩(wěn)定。表面活性劑濃度越大,在水相中的乳化增溶性越明顯。說明由于表面活性劑在油水界面吸附降低油水界面張力,使油滴進入到水相中的能力增強,隨表面活性劑濃度的增大,促進原油在體系中的溶解度增大[2]。

2.5 不同水質配制二元體系對乳化增溶的影響

在室內用清配清稀和清配污稀的方法配制聚合物濃度為 1800mg/L,表面活性劑濃度為0.3%的二元體系后,與大慶采油一廠脫水原油進行1∶1混合,混合后觀察乳化增溶現象。不同水質配制二元體系粘度和界面張力情況如表5所示,不同水質配制體系吸水率曲線如圖5所示。從檢測結果看,在體系同濃度的條件下,污水配制體系乳化吸水率高于清水配制體系,但污水配制體系在水相中形成的是均一體系,清水配制體系由于水相粘度較高形成了以水為外相的水包油乳狀液體系。

表5 不同水質配制二元體系粘度和界面張力情況

圖4 不同表面活性劑濃度體系吸水率曲線

圖5 不同水質配制體系吸水率曲線

3 結 論

1)不同分子量聚合物配制的二元體系高濃度時,聚合物類型對體系乳化增溶性影響較大。

2)不同表面活性劑類型配制的二元體系對體系乳化增溶性類型影響不大,對乳化增溶程度有一定的影響。

3)聚合物濃度越高,體系粘度越大,原油在二元體系中形成的乳狀液穩(wěn)定性越好。

4)表面活性劑濃度為0%～1.0%的體系中,表面活性劑濃度越大,原油越易進入到二元體系中,體系在水相中形成O/W型乳狀液越明顯。

5)不同水質配制的二元體系對體系乳化增溶有一定的影響。

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

[2]趙國璽,朱步瑤.表面活性劑作用原理[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2003.