三元复合体系界面张力与乳化性能相关性研究

郭春萍

(中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712)

三元复合体系界面张力与乳化性能相关性研究

郭春萍

(中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712)

通过用不同界面张力体系和原油进行乳化实验,制备出一系列不同数量级的界面张力值和不同乳化效果的样品,并且考察了样品界面张力性能和乳化性能的对应关系,研究了界面张力性能和乳化程度的关系:复合体系界面张力性能与乳化程度具有一致性,复合体系界面张力的降低使体系乳化易于自发。

三元复合体系;界面张力;乳化程度;相关性

1 问题提出

如何保持较高的产量规模并满足国家对原油的需求,已成为国内各油气田迫切需要研究和解决的突出问题。通过油田稳产技术研究,发展能大幅度提高高含水老区采收率的三次采油新技术,是未来实现长期高产的最佳途径[1-2]。

自从上个世纪20年代开始,国外就已经着手研究复合驱提高采收率技术。化学复合驱技术是20世纪80年代发展起来的三次采油新技术,它是在表面活性剂/聚合物二元复合驱、碱/聚合物二元复合驱的基础上发展起来的三次采油新技术,综合发挥了碱、表面活性剂、聚合物等化学剂作用,并产生了较好的协同效应,充分提高了各种化学剂效率,并大幅度降低了化学剂尤其是表面活性剂的用量[3-4]。

驱油体系性能是影响化学复合驱效果的重要因素。研究乳化机理和乳化程度,对认识驱油机理和采出液处理具有重要的理论和实际意义。而驱替相与被驱替相间的界面张力是评价驱油体系性质的重要指标之一。复合体系界面张力性能和乳化性能与提高采收率密切相关,而体系两大影响因素相关性却鲜有报导。本文将从油水界面性质、界面膜强度方面探讨体系界面张力与乳化性能相关性[5,8]。

2 实验内容

2.1 实验药剂及材料

聚合物:聚丙烯酰胺;表活剂:烷基苯磺酸盐;碱:NaOH分析纯;实验温度:45℃;实验用水:大庆油田采油一厂污水(原始地层水矿化度均值为5061.36);实验用油:大庆油田采油一厂联合站脱水原油(表1)。

表1 原油物性(平均值)

2.2 三元体系的配制

配制 24个三元样品,其聚合物浓度均为1500mg/L,碱(A)/表面活性剂(S)浓度见表2。

表2 三元体系碱与表面活性剂配方

2.3 体系界面张力值的测定

配制24个三元体系,其聚合物浓度均为1 500 mg/L,碱(A)/表面活性剂(S)浓度见表3。实验中,我们分别固定碱(A)质量百分比浓度0.4%,0.6%,0.8%,1.0%,1.2%,1.4%,测定表活剂质量百分比浓度(S)从0.05%,0.1%,0.2%,0.3%,0.4%变化时体系界面张力值的变化。

结合实验数据,绘制了界面张力活性图,如图1。可见,该体系大部分点的界面张力值都达到了10-3,只有碱浓度过高或过低时界面张力值较高。表活剂浓度0.2%,碱浓度1.0%时界面张力值为体系中最低点。

表3 体系界面张力值

图1 体系界面张力活性图

结合界面张力活性图和体系界面张力值表,选取界面张力活性图中较稳定区域且有代表性的三点,分别为配方 A/S:0.2%/1.0%、0.1%/0.8%、0.05/0.4%三个样品,定义为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号样品,平衡界面张力值分别为1.15×10-4、1.06×10-3、1.34×10-2,界面张力值Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ,且相差约一个数量级。

2.4 三元体系/原油乳化样品的制备

45℃条件下,将三元体系与原油按质量1:1装入具塞试管中混合,手摇上下50次,观察水相、油相状态和体积变化。根据FRENCH提出的复合驱油体系乳化效果的标准,将评价方法引入到三元复合体系效果评价表(表4)。

表4 复合驱油体系乳化效果的标准

表5 体系乳化效果评价

对照表3、表5可见,Ⅰ号样品乳化等级为4级,Ⅱ号样品乳化等级为3级,Ⅲ号样品乳化等级为1级,与界面张力值相对应。且体系界面张力与乳化效果整体上呈严格对应关系。可见,三元样品的界面张力值越低,乳化效果越好。

3 结论与讨论

3.1 复合体系界面张力性能与乳化程度具有一致性

(1)表面活性剂具有的特定结构及碱与原油生成的天然石油酸皂,使三元体系具有界面活性。界面活性剂的富集程度是降低界面张力的直接原因,且界面活性物对原油的乳化也起决定作用。

(2)体系界面张力值越低说明界面活性物质浓度越高,乳化等级越高,越接近最佳状态。同样,乳化等级越高,则界面活性越高,原油/驱油剂体系的界面张力越低,越接近最佳状态。

3.2 复合体系界面张力值的降低使体系乳化易于自发

乳状液存在很大的相界面,原体系的总界面能较高,在界面面积不变的情况下,表面活性剂的加入,降低了油水两相间的界面张力,即降低了体系界面能,使复合体系乳化易于自发,且利于增加乳状液的热力学稳定性。

3.3 复合体系界面张力值的降低与乳状液稳定性关系仍需深入研究

降低复合体系油水界面张力值有利于增加乳状液的热力学稳定性,同时又可以保持乳状液动力学稳定性不变,增加乳状液的稳定性,且界面活性物能吸附在油水界面上形成界面膜,对原油乳状液的稳定性起关键作用。但体系界面张力值越低,界面膜的强度也随之减弱,乳化体系稳定性下降。降低界面张力对乳状液稳定性是一个有利因素,但不是绝对因素。

[1]康万利,李金环,赵学乾.界面张力和乳滴大小对乳状液稳定性的影响[J].油气田地面工程,2005,(2):11-12

[2]王凤兰,杨凤华,史国蕊,等.三元复合体系的界面张力及其影响因素[J].大庆石油学院学报,2001,(2):25-28

[3]朱埗瑶,赵振国.界面化学基础[M].北京:化学工业出版社,1999:135

[4]焦学瞬,贺明波.乳状液与乳化技术新技术应用[M].北京:化学工业出版社,2006:97

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[7]徐志成,安静仪,张路,等.原油乳状液油-水界面上活性物的结构和活性[J].石油学报,2003,19(5):1-6

[8]刘立伟,侯吉瑞,岳湘安,等.复合体系与原油接触时间对界面张力的影响[J].钻采工艺,2007,30(6):105-107

[9]管公帅.三元复合驱采出液中硅离子定量分析研究与应用[J].石油地质与工程,2008,22(2):88-90

编辑:李金华

TE357

A

1673-8217(2010)02-0107-02

2009-03-04;改回日期:2009-11-13

郭春萍,工程师,1981年生,2006年大庆石油学院岩石矿物学专业硕士毕业,现从事提高采收率研究工作。

国家自然科学基金重点项目“低渗透油层提高驱油效率的机理研究”(50634020)资助课题部分内容。