无机盐对新疆油田二元驱过程中乳状液影响研究*

张　慧，廖先燕，侯军伟，孙记夫，曾晓飞，李织宏

［1.新疆交通职业技术学院道路桥梁工程学院，新疆乌鲁木齐831401；2.中国石油新疆油田公司采油一厂；3.中国石油新疆油田公司，实验检测研究院；4.中国石油大学（北京）理学院］

无机盐对新疆油田二元驱过程中乳状液影响研究*

张慧1，廖先燕2，侯军伟3，孙记夫3，曾晓飞4，李织宏3

［1.新疆交通职业技术学院道路桥梁工程学院，新疆乌鲁木齐831401；2.中国石油新疆油田公司采油一厂；3.中国石油新疆油田公司，实验检测研究院；4.中国石油大学（北京）理学院］

乳状液稳定性对于化学驱提高原油采收率具有非常重要的作用，稳定性过强会导致采出液破乳困难；稳定性过弱，乳状液会很快破乳，使复合驱油体系波及体积受到影响。系统研究了不同类型无机盐对新疆油田二元复合驱油体系乳状液稳定性的影响。结果表明，无机盐可以加速水包油型乳状液的破乳，特别是二价阳离子，能将破乳率提高1倍以上；阴离子的种类对乳状液的稳定性影响较弱。无机盐对乳状液破乳效率的影响与离子价态和Zeta电位有关。

二元复合驱；乳状液；Zeta电位

近年来，中国能源消费快速增长，但是中国大部分油田的开发目前仍处于高含水和高采出阶段，急需3次采油提高采收率的新技术以保持原油产量的增长和稳定［1］。二元复合驱技术由于无需碱，降低了聚合物的黏度损失，同时也消除了碱的结垢，受到了人们的广泛关注［2］。二元复合驱油过程中会产生大量的乳状液，乳状液不但可以携带大量的油滴，还可以进行适当的调剖［3-5］。新疆油田室内先导实验发现，乳化性能好的表面活性剂，即使界面张力达不到超低水平，其采出程度仍然能达到较高水平；反之，如果没有明显的乳化，则体系提高采收率的效果相对较差。因此，越来越多的科技人员开始重视乳状液稳定性的研究工作［6］。

无机盐的种类和浓度对乳状液的稳定性有较大的影响，而地层水中都含有大量的无机盐，新疆油田七中区的矿化度为6 000 mg/L，胜利油田中矿化度高的将近40 000 mg/L。因此，研究无机盐对二元复合驱配方体系乳化作用的影响对二元复合驱的现场实施具有重要的指导意义。

笔者讨论了在新疆油田二元复合驱实验中，不同种类的无机盐对二元配方与原油形成水包油型乳状液的稳定性影响，为二元复合驱表面活性剂的筛选与配方设计奠定了基础。

1　实验

1.1实验材料与仪器

原料与试剂：阴离子表面活性剂KPS200（工业品，新疆克拉玛依金塔公司）、NaCl（分析纯，天津风船化学试剂厂）、KCl（分析纯，天津市天新精细化工开发中心）、Na2SO4（分析纯，天津风船化学试剂厂）、MgCl2（分析纯，天津市福晨化学试剂厂）、CaCl2（分析纯，天津盛奥化学试剂有限公司）、聚合物KB2500（北京恒聚化工集团有限公司，分子量为2.5×107，固体质量分数为91.38%）。实验用油为新疆油田七中区复合驱实验区脱水脱气原油，34℃时原油黏度为13 mPa·s，相对密度为0.857 g/cm3，使用离心机脱水（转速为10 000 r/min）10 min。实验用水为实验室模拟水（用不同种类无机盐配置）。

仪器：FA25型高剪切分散乳化机、AXIOSKOP 40型显微镜、Zetasizer Nano ZS型纳米粒度和Zeta电位及分子量分析仪、LXJ-2B型离心机。

1.2实验方法

1.2.1不同矿化度乳状液制备

实验选取不同的矿化度，即NaCl质量浓度分别为10、100、500、1 000、3 000、6 000、10 000 mg/L。二元配方：0.3%KPS200+0.12%KB2500（均为质量分数）；油与配方水的体积比为1∶1；使用乳化剂乳化1min，制成乳状液。

1.2.2不同无机盐乳状液制备

先用移液管分别移取无机盐离子浓度为0.2mol/L 的 KCl、NaHCO3、Na2SO4、NaCl、CaCl2、MgCl2的二元配方水溶液5 mL作为水相，再用移液管准确移取七中区原油5 mL作为油相；使用乳化剂乳化1 min，制成乳状液。

1.2.3破乳实验

将装有乳状液的试管静置，测定不同时间乳状液的体积及析出水的体积。

1.2.4Zeta电位的测定

实验采用Zetasizer Nano ZS纳米粒度及Zeta电位分析仪，在40℃下（油藏温度）测定乳状液Zeta电位。

2　实验结果与讨论

2.1矿化度对复合体系与原油乳化类型和稳定性影响

图1为不同矿化度下二元液与原油的乳化微观照片。由图1可见，对于二元体系，矿化度较低时（小于3 000 mg/L），主要生成大量的O/W型乳状液，颗粒分布均匀，乳状液粒径为10～200 μm，且随着矿化度的增加乳状液粒径逐渐减小。这是因为水中矿化度增加将界面膜上的电荷中和，使液滴之间斥力减弱，更易接近和聚并。当矿化度大于6 000 mg/L时，生成大量微小的乳状液液滴，粒径为1～5 μm，此时少量的W/O型的乳状液开始出现。随着矿化度的持续增大，发生了由水包油型乳状液朝油包水型乳状液的转换［7-9］。

图1　不同矿化度下二元液与原油的乳化微观照片

图2为不同矿化度和静置时间下油水乳状液的分水率。

图2　矿化度对油水乳状液稳定性的影响

由图2可见，矿化度低于1 000 mg/L时，分水率一直较低；当矿化度增至3 000 mg/L时，50 h时分水率达到50%；矿化度为6 000 mg/L时，在25 h的时候分水率即达到100%；当矿化度达到10 000 mg/L时，静置10 h后分水率可达到100%。乳状液界面水相一侧双电层、水化层厚度减小，导致油珠之间的静电斥力和水化层的保护作用减弱，从而使得油珠碰撞、聚并的机会增加，同时矿化度使得油水界面膜强度降低，导致乳状液的破坏［10］。

Zeta电位也称电动电位，是表征乳状液稳定性的一个重要参数。它的大小反映了油珠带电的情况，与乳状液的稳定性密切相关。Zeta电位绝对值越大，则乳状液越稳定［11］。石油磺酸盐KPS200为阴离子表面活性剂，在水中溶解后其分子带负电荷。图3为不同NaCl浓度下油水乳状液的Zeta电位。由图3可以看出，随着矿化度的增大，Zeta电位绝对值下降很快，油珠间的静电斥力减小，则油珠之间发生聚并而导致油水分离的几率变大，乳状液稳定性随之相应减小。

图3　不同浓度NaCl生成乳状液的Zeta电位

2.2无机盐种类对复合体系与原油乳化稳定性的影响

2.2.1阳离子对二元复合体系乳化稳定性的影响

图4为相同阴离子强度下，不同阳离子无机盐的二元溶液与原油乳化后静置不同时间的分水率。

图4　不同阳离子对二元体系乳化稳定性的影响

图5为氯盐静置24 h后的照片。结合图4和图5可以看出，在阴离子相同的条件下，阳离子对二元体系与原油形成的O/W乳状液的稳定性的影响大小为Ca2+>Mg2+>Na+>K+，其中二价离子影响明显大于一价离子。

图5　不同氯盐静置24 h后的照片

2.2.2阴离子对二元复合体系乳化稳定性的影响

图6为相同阳离子强度下，不同阴离子无机盐的二元溶液与原油乳化后静置不同时间的分水率，图7为钠盐静置24 h后的照片。结合图6和图7可知，在阳离子浓度相同的条件下，阴离子对二元体系与原油形成的O/W乳状液的稳定性的影响大小为Cl->HCO3->SO42-。

图6　不同阴离子对二元体系乳化稳定性的影响

图7　不同钠盐静置24 h后的照片

图8为不同无机盐的Zeta电位数据。由图8可见，对于阳离子来说，Ca2+的Zeta电位绝对值最小，Mg2+的Zeta电位绝对值稍大，NaHCO3、KCl、NaCl的Zeta电位绝对值最大；对于阴离子来说，Cl-的Zeta电位绝对值最小，SO42-绝对值最大［12-13］。

图8　不同无机盐的Zeta电位数据

3　结论

考察了阳离子和阴离子对新疆油田二元驱乳状液破乳效果的影响。研究发现，无机盐对乳状液破乳效率的影响与离子价态和Zeta电位有关，二价阳离子对O/W乳状液的稳定性影响较强，其中Ca2+具有最强的破乳性，最小的Zeta电位绝对值；阴离子对乳状液的稳定性影响较弱。

［1］程杰成，吴军政，胡俊，等.三元复合驱提高原油采收率关键理论与技术［J］.石油学报，2014，35（2）：310-318.

［2］李世军，杨振宇，宋考平，等.三元复合驱中乳化作用对提高采收率的影响［J］.石油学报，2003，24（5）：71-73.

［3］王荣健，薛宝庆，卢祥国，等.聚/表二元复合体系配方优选及其驱油效果评价［J］.油田化学，2015，32（1）：108-113.

［4］夏惠芬，黄麒钧，马文国.大庆油田无碱二元复合体系对聚合物驱后残余油作用效果研究［J］.油田化学，2010，27（2）：162-165，148.

［5］张书栋.高温高钙稠油油藏二元复合驱配方设计与应用［J］.石油化工应用，2014，33（11）：7-10.

［6］孙焕泉.二元复合驱油技术［M］.北京：中国科学技术出版社，2007：56-58.

［7］王仁芳，李克华，楚军.无机盐对W/O型原油乳状液稳定性的影响［J］.油田化学，1992，9（4）：366-369.

［8］夏立新，曹国英，陆世维.无机盐对乳状液破乳效果的影响［J］.石油学报，2003，19（4）：94-97.

［9］Johannessen A M，Spildo K.Enhanced oil recovery（EOR）by combining surfactant with low salinity injection［J］.Energy Fuels，2013，27（10）：5738-5749.

［10］Bhardwaj A，Hartland S.Dynamics of emulsification and demulsification of water in crude oil emulsions［J］.Ind.Eng.Chem.Res.，1994，33（5）：1271-1279

［11］徐明进，李明远，彭勃，等.Zeta电位和界面膜强度对水包油乳状液稳定性影响［J］.应用化学，2007，24（6）：623-627.

［12］Mandal A，Samanta A，Bera A，et al.Characterization of oil-water emulsion and its use in enhanced oil recovery［J］.Ind.Eng.Chem. Res.，2010，49（24），12756-12761.

［13］McAuliffe C D.Crude-oil-in-water emulsions to improve fluid flow in an oil reservoir［J］.J.Pet.Tech.，1973，25（6）：721-726.

联系方式：junweihou@petrochina.com.cn

Influence of inorganic salts on emulsion of binary flooding system in Xinjiang oilfield

Zhang Hui1，Liao Xianyan2，Hou Junwei3，Sun Jifu3，Zeng Xiaofei4，Li Zhihong3
［1.School of Road and Bridge Engineering，Xinjiang V ocational&Technical College of Communications，Urumqi 831401，China；2.No.1 Oil Production Plant，PetroChina Xinjiang Oilfiled Company；3.Research Institute of Experiment and Detection，PetroChina Xinjiang Oilfield Company；4.School of Science，China University of Petroleum（Beijing）］

Emulsion′s stability plays an important role in chemical flooding enhancing oil recovery（EOR）.The strong emulsion′s stability will make the demulsification more difficult.The weak emulsion will make the demulsification faster and thus impactexpandingsweptvolume.Influencesofdifferentkindsofinorganicsaltonthestabilityofemulsionsbinaryfloodingsystem in Xinjiang Oilfield was discussed.It was shown that the inorganic salts effectively accelerated the demulsification of O/W emulsions.Maximum demulsification efficiency by adding bivalent cation was up to more than 100%.The types of anion had little effect for demulsification.It was also found that demulsification efficiency was attributed to valence of cation and Zeta potential.

binary flooding；emulsication；Zeta potential

TQ115

A

1006-4990（2016）02-0022-04

2014年自治区提升专业服务能力资助项目（新教职成办［2014］9号）、国家科技重大专项资助项目（2011ZX05003-005）。

2015-08-18

张慧（1980—），女，硕士，讲师，主要研究方向为油田化学、材料学，已公开发表论文5篇。

侯军伟