原油乳化性能影響因素室內試驗研究

苑光宇，羅 煥

中國石油大港油田分公司采油工藝研究院，天津 300280

在油田注水開發過程中，水驅替原油經儲層孔隙后，會發生乳化形成乳狀液，是水驅開發油田普遍存在的現象。原油乳化后被攜帶及乳狀液調剖是乳化對驅油過程產生的最主要作用[1]。礦場試驗表明，發生乳化的原油采收率較高，而未顯著乳化的原油采收率較低，表明驅替過程中發生乳化能夠提高原油采收率[2]，可見研究水與原油間乳化對提高原油采收率具有重要的理論和應用意義。

1 試驗部分

1.1 試驗設備和原料

試驗用設備與器具包括：廣口瓶，機械攪拌器，恒溫箱，量筒，

試驗用水采用遼河油田某S塊的地層水及注入水，水質分析結果如表1所示。

試驗用原油采用遼河油田某S塊原油，原油性質如表2所示。

表1 試驗用水離子組成 mg/L

表2 原油性質

1.2 試驗方法

試驗采用廣口瓶盛裝原油與水，原油與水總體積固定為50 mL，采用機械攪拌器將油水混合，攪拌完成后將乳化體系立即倒入量筒中，讀取乳化相與水相的體積，按下式計算乳化系數，評價乳化性能，乳化系數越大，說明油水越易于乳化。

其中：V1為原始條件下水體積，mL；V2為乳化后剩余水體積，mL。

2 試驗分析

分析各影響因素，首先采用單因素分析法對其影響定性研究，再進行半定量的對比分析。

2.1 攪拌速率的影響

在固定含水率40%(采用注入水)、攪拌時間15 min，溫度50 ℃條件下，分別以不同速率對油水溶液攪拌，考察攪拌速率對乳化性能的影響，乳化結果見圖1。

圖1 攪拌速率對乳化能力的影響

從圖1可以看出，攪拌速率增大，乳化系數逐漸增大，乳化能力增強，當攪拌速率達到500 r/min，乳化系數達到100%，油水完全乳化，繼續增大轉速，乳化效果也無增強，從乳狀液外觀來看也無明顯變化。油水乳化形成乳狀液的過程是非自發過程，需外界能量介入，而攪拌可促使乳化形成，對乳化性能有較大影響。攪拌速率高時，剪切越大，形成的乳狀液粒徑小，并且分散度較高，乳化性能強且穩定[3]。

2.2 攪拌時間的影響

固定(采用注入水)含水率為40%、溫度50 ℃，攪拌速率分別為100 r/min，500 r/min時，考察攪拌時間對乳化性能的影響，結果見圖2。

圖2 攪拌時間對乳化能力的影響

從圖2可看出，不同攪拌速率條件下，當攪拌時間較短時，乳化能力均較低，隨著攪拌時間延長，乳化系數逐漸增大，乳化能力增強，相比之下，轉速較高時，隨攪拌時間延長，乳化系數急劇增大，在15 min時，即可達到100%，油水完全乳化；而低轉速下，乳化系數隨攪拌時間增加到15%后便不再增大。試驗結果表明，攪拌時間與乳化性能呈正相關，但在不同攪拌速率條件下，增加幅度不同，低轉速下即使延長再多的時間，對乳化也無更多改善。

2.3 含水率的影響

固定攪拌時間15 min，溫度50 ℃，分別在攪拌速率100 r/min、500 r/min，評價含水率(采用注入水)對乳化性能的影響結果見圖3。

圖3 含水率對乳化能力的影響

從圖3可看出，不同攪拌速率條件下，當含水率超過20%時，油水乳化系數均降低到20%以下，隨著含水率的增高，乳化能力減弱，超過20%以上時，乳化能力迅速下降，乳化系數均在20%以下。但含水率在20%～60%之間時，乳化性能的變化規律卻大不相同：攪拌速率100 r/min時，含水率超過20%后即迅速下降到20%以下，超過50%以后，乳化系數只有3%～4%，而攪拌速率為500 r/min時，含水率即使增加到40%，乳化系數仍然有100%，含水率超過40%以后，乳化系數迅速下降。根據相體積理論，當含水率較低時，易于形成W/O型乳狀液，而含水率較高時易于形成O/W型乳狀液，中等含水率時兩種類型乳狀液均有[4]。試驗結果表明，含水率與乳化能力呈反相關關系，隨含水率增加乳化性能減弱，并且該塊原油不易被乳化，但攪拌速率可以一定程度影響乳化規律，較高的攪拌速率可以延緩乳化能力隨含水率降低的幅度。

2.4 溫度的影響

固定攪拌時間15 min，含水率40%(采用注入水)，攪拌速率分別為500 r/min、100 r/min，考察溫度對乳化能力的影響結果見圖4。

圖4 溫度對乳化能力的影響

從圖4可看出，不同攪拌速率條件下，低溫30 ℃時，乳化性能較差，溫度升高，乳化能力增強。與上述分析相同，較高的攪拌速率500 r/min下，乳化系數也更高，乳化性能更好，50 ℃以后，乳化系數即達到100%，此后溫度再升高，乳化系數也不再下降；而100 r/min下，低溫30 ℃時，乳化系數僅有3.3%，溫度升高乳化系數增加，但最高也僅有20%，溫度超過65 ℃后，乳化能力略有下降。結果表明，無論哪種攪拌速率下，均存在一個乳化性能較好的溫度區間，攪拌速率除了能提高乳化性能，還能擴大這一溫度區間。溫度升高，原油黏度降低，越容易使油水混合，但高溫下分子的布朗運動劇烈，使形成的乳狀液更容易聚并破乳，高剪切速率(攪拌速率)下，剪切生成乳狀液的作用占主導，所以乳化性能好，乳化系數高；而低速剪切條件下，高溫下破乳聚并占主導，乳化性能弱，乳化系數較小。

2.5 水質影響

采用某S區塊的不同水：地層水和經過處理后的注入水，固定攪拌速率100 r/min，攪拌時間15 min，溫度50 ℃，試驗考察不同含水率條件下不同水質對乳化性能的影響，結果見圖5。

圖5 水質對乳化能力的影響

從圖5可以看出。在較低含水率20%條件下，注入水具有較好的乳化能力，乳化系數達到了100%，而地層水與原油乳化能力較弱，乳化系數為30%；但當含水率超過20%以后，地層水與原油乳化能力比注入水略好。水質的影響沒有明顯的規律，因為水中離子較多，成分復雜，對于某一特定油田或區塊，水質會有一定波動，但變化不大，因此對乳化的影響也基本穩定。

2.6 各因素綜合分析

為了對比不同因素對油水乳化性能的影響大小，設計了5種方案見表3。方案1為基準方案，其他方案均與其對比，方案2～方案4分別變化攪拌時間、攪拌速率、含水率、溫度，對比乳化系數的變化，試驗結果見圖6。

表3 對比方案設計

圖6 不同方案的乳化系數對比

從圖6可以看出，與基準方案相比，只延長攪拌時間，乳化性能并無改善；只改變溫度，乳化性能先略有增強后減弱，總體變化不大；只改變含水率，含水率在40%以上時變化不大，降低到20%時即突變到100%，有較大影響；只改變攪拌速率，隨攪拌速率增加，乳化系數即有明顯上升，影響較為線性，到500 r/min時乳化系數達到100%。4種影響因素按照對乳化性能影響排序為：攪拌速率>含水率>溫度>攪拌時間。在油藏條件下，若沒有表面活性劑或乳化劑等活性物質存在，多孔介質的剪切速率(攪拌速率)對油水乳化性能的影響最大。

3 結論

室內試驗考察了含水率、攪拌時間、攪拌速率、溫度、水質均會對油水乳化性能造成影響，其中，攪拌速率、攪拌時間對乳化性能有正向影響，隨數值增大，乳化增強，而含水率與乳化則成反向，溫度在一定區間內乳化效果較好，水質影響較復雜，無明顯規律。在各種影響因素中，攪拌速率對原油乳化性能的影響最大。