二元复合体系乳化增溶影响因素分析

常春苗 (大庆油田有限责任公司第一采油厂,黑龙江大庆1 631 11)

聚合物与表面活性剂二元复合驱是一种充分发挥聚合物和表面活性剂协同作用来提高原油采收率的强化采油方法,它主要靠的是聚合物粘弹性扩大波及体积,表面活性剂的活性降低油水界面张力。由于二元复合驱中存在着表面活性剂等活性组分,因此在油藏和采出液中存在着不同程度的乳化,而油藏中的乳化对于提高采收率所起的作用是近些年研究的焦点。二元复合体系与原油的乳化作用包括乳化的难易程度、所形成乳状液的类型以及稳定性。二元复合体系与原油的接触方式、复合体系组分及含量等因素均会影响复合体系与原油的乳化作用。为此,笔者在室内对不同复合体系的含量、组成以及复合体系类型进行了乳化增溶性能研究。

1 试验部分

1.1 试验仪器

TX-500C型旋转滴界面张力仪;DV-Ⅱ+型布氏粘度计;恒温箱;50ml具塞比色管;25ml比色管;电子天平 (0.01、0.0001g)等。

1.2 试验方法

1)界面张力测定方法 使用TX-500C型旋转滴界面张力仪,在样品中加入形成界面的两液相,然后将样品放入到界面张力仪中,设置旋转速度为5000r/min,温度为45℃,20min读取一个数值,待2h后,记录平衡时的界面张力值。

2)粘度测定方法 使用BrookfieldDV-Ⅱ+型粘度计,取16ml待测样品与UL转子套筒中,装上UL转子,在转速为6r/min(7.34 S-1)、45℃条件下,稳定后读取粘度值。

3)乳化增溶测定方法 室内配制二元体系样品,与大庆采油一厂脱水原油以1∶1的比例装入50ml具塞比色管中,震荡摇匀放置在45℃的烘箱中。每天摇动2～3次,再放在恒温箱静止状态,待平衡后,观察乳化增溶现象。

2 结果和讨论

2.1 不同聚合物类型对乳化增溶的影响

在室内分别用普通低分、中分、高分和超高分的聚合物配制二元体系溶液,与大庆采油一厂脱水原油以1∶1的比例装入50ml具塞比色管中,震荡摇匀放置在45℃的烘箱中。每天摇动2～3次,再放在恒温箱静止状态,待平衡后,观察乳化增溶现象。不同聚合物类型二元体系粘度和界面张力情况如表1。从表1数据看,体系粘度相差较大,高分和超高分二元体系达不到超低界面张力要求,其余体系均能达到超低界面张力要求。

不同聚合物类型体系吸水率曲线如图1所示,从乳化吸水率看,体系粘度相差较大,聚合物类型对体系乳化增溶性存在一定的影响,超高分聚合物配制的二元体系在水相中形成了水包油型乳状液。主要是由于水溶性高分子聚合物的亲水性远远大于亲油性,因此在水相中的溶解度大于在油相中的溶解度,并使得水相成为连续相而油相成为分散相。对于相对分子质量大的聚合物,由于分子链长且相互缠绕,从而需要更大的外力才能使液滴尺寸变小,使分散在水相中的油滴上升速度降低,不易从水相中脱附到油相中,从而更有利于O/W型乳状液的形成。对于相对分子质量低的聚合物分子链较短,对溶解度的影响还不足以使乳状液转型,但会使水相粘度增加,吸水率降低[1]。

表1 不同聚合物类型二元体系粘度和界面张力情况

2.2 不同表面活性剂类型对乳化增溶的影响

在室内分别用DLH-LS、DLH-SS、H LX型和烷基苯磺酸盐型的表面活性剂配制二元体系溶液,与大庆采油一厂脱水原油以1∶1的比例装入50ml具塞比色管中,震荡摇匀放置在45℃的烘箱中。每天摇动2～3次,再放在恒温箱静止状态,待平衡后观察乳化增溶现象。不同表面活性剂类型二元体系粘度和界面张力情况如表2所示,从粘度和界面张力检测数据看,体系粘度相差不大,只有DLH-LS表面活性剂配制的二元体系能达到超低界面张力要求,其余体系均达不到。

不同表面活性剂类型体系吸水率曲线如图2所示,从乳化吸水率看,各二元体系在水相中均出现了水包油的乳状液现象。这主要是由于当乳状液为O/W型时,分散相为油,连续相为水,由于水溶性聚合物增加水相粘度,而表面活性剂会降低界面张力,从而促进O/W型乳状液的形成。

图1 不同聚合物类型体系吸水率曲线

图2 不同表面活性剂类型体系吸水率曲线

表2 不同表面活性剂类型二元体系粘度和界面张力情况

从二元体系O/W型乳化现象看,DLH-SS和二元表面活性剂配制的体系最为明显,DLH-LS表面活性剂配制的二元体系乳化性最不明显。但从体系界面张力数据看,只有DLH-LS表面活性剂配制的二元体系能达到超低界面要求,这主要是由于单纯油/水界面张力的高低只是表明了乳状液形成的难易,并非乳状液稳定性的必然衡量指标。降低界面张力对乳状液的稳定是一个有利因素,但不是决定因素。乳状液稳定的绝对因素是界面膜 (界面吸附形成界面膜)强度。若当界面张力降低的同时,界面膜的强度也随之减弱,其乳化体系的稳定性也会下降[1]。

2.3 不同聚合物浓度对乳化增溶的影响

在室内分别配制聚合物浓度为2500、2000和 1500mg/L,表面活性剂浓度为0.3%的二元体系后,与大庆采油一厂脱水原油进行1∶1混合,混合后观察乳化增溶现象。不同聚合物浓度二元体系粘度和界面张力情况如表3所示,不同聚合物浓度体系吸水率曲线如图3所示。从体系的乳化增溶现象看,体系未出现明显的乳化层,在下层水相中显现出了明显的增溶性,部分油滴进入到水相中形成了均一体系。同时,在表面活性剂浓度一定的条件下,聚合物浓度为2500mg/L的二元体系的乳化吸水效果好于聚合物浓度为2000mg/L和1500mg/L的二元体系。主要是由于乳状液从形成到稳定需要一个过程,而乳状液的稳定性与油滴上升速度、液滴直径和水油密度差成正比,与水相粘度成反比。高浓度聚合物通过增加粘度而降低油滴上升的速度,从而使油滴不易从水相中脱离重新进入到油相中,进一步增加水相稳定性,使油水成为均一体系。

表3 不同聚合物浓度二元体系粘度和界面张力情况

2.4 不同表面活性剂浓度对乳化增溶的影响

图3 不同聚合物浓度体系吸水率曲线

在室内分别配制聚合物浓度为2000mg/L,表面活性剂浓度分别为 0、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%、0.8%和 1.0%的二元体系后,与大庆采油一厂脱水原油进行1∶1混合,混合后观察乳化增溶现象。不同表面活性剂浓度二元体系粘度和界面张力情况如表4所示,从检测数据看,聚合物浓度一定时,随表面活性剂浓度增大体系粘度略有上升,但界面张力并不是随着表面活性剂浓度的增大逐渐降低,而是表面活性剂浓度在一定范围内界面张力才能达到超低要求。主要是由于表面活性剂具有亲油亲水基团,在油水界面吸附,降低油水界面张力,但当表面活性剂浓度达到一定程度后,原油的非极性碳氢链容易插入表面活性剂吸附层中的定向的碳氢链间,同时分散在水相中的表面活性剂分子会与界面上的表面活性剂分子竞争吸附到界面,从而破坏了油水界面的稳定性,使油水界面张力上升。

表4 不同表面活性剂浓度二元体系粘度和界面张力情况

不同表面活性剂浓度体系吸水率曲线如图4所示。从观测结果看,水相中体系相对均一稳定。表面活性剂浓度越大,在水相中的乳化增溶性越明显。说明由于表面活性剂在油水界面吸附降低油水界面张力,使油滴进入到水相中的能力增强,随表面活性剂浓度的增大,促进原油在体系中的溶解度增大[2]。

2.5 不同水质配制二元体系对乳化增溶的影响

在室内用清配清稀和清配污稀的方法配制聚合物浓度为 1800mg/L,表面活性剂浓度为0.3%的二元体系后,与大庆采油一厂脱水原油进行1∶1混合,混合后观察乳化增溶现象。不同水质配制二元体系粘度和界面张力情况如表5所示,不同水质配制体系吸水率曲线如图5所示。从检测结果看,在体系同浓度的条件下,污水配制体系乳化吸水率高于清水配制体系,但污水配制体系在水相中形成的是均一体系,清水配制体系由于水相粘度较高形成了以水为外相的水包油乳状液体系。

表5 不同水质配制二元体系粘度和界面张力情况

图4 不同表面活性剂浓度体系吸水率曲线

图5 不同水质配制体系吸水率曲线

3 结 论

1)不同分子量聚合物配制的二元体系高浓度时,聚合物类型对体系乳化增溶性影响较大。

2)不同表面活性剂类型配制的二元体系对体系乳化增溶性类型影响不大,对乳化增溶程度有一定的影响。

3)聚合物浓度越高,体系粘度越大,原油在二元体系中形成的乳状液稳定性越好。

4)表面活性剂浓度为0%～1.0%的体系中,表面活性剂浓度越大,原油越易进入到二元体系中,体系在水相中形成O/W型乳状液越明显。

5)不同水质配制的二元体系对体系乳化增溶有一定的影响。

[1]赵凤兰,岳湘安,侯吉瑞,等.ASP体系与大庆原油的乳化作用及影响因素 [J].油气地质与采收率,2008,15(3):66-69.

[2]赵国玺,朱步瑶.表面活性剂作用原理[M].北京:中国轻工业出版社,2003.