活性原油乳化性能的影响因素研究

曹广胜 杨晓雨 张志秋 马骁 李世宁

摘 要： 阐述了活性原油的堵水机理，并且通过室内乳化实验来研究不同条件对乳状液形成及稳定性的影响。包括：原油粘度、含水率、乳化剂浓度、搅拌强度等。根据实验结果得到了相应的规律，分析确定原油乳化性能的影响因素。

关 键 词：活性原油；乳状液；乳化性能

中图分类号：TQ 133 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2017）07-1290-03

Study on the Factors of Influencing Emulsifying Properties of Active Crude Oil

CAO Guang-sheng 1， YANG Xiao-yu 1， ZHANG Zhi-qiu1， MA Xiao 2， LI Shi-ning 1

（1. Northeast Petroleum University， Heilongjiang Daqing 163000，China；

2. Engineering Supervision Center， Jidong Oilfield Company， Hebei Tanghai 063299，China）

Abstract： The water plugging mechanism of active crude oil was explained， and the influence of different conditions on the emulsion formation and stability was studied by the emulsification experiment， such as viscosity of crude oil， moisture content， emulsifier concentration， stirring intention and so on. The corresponding regulations were obtained， and the factors of influencing emulsifying properties of active crude oil were determined according to the experiment results.

Key words： Active crude oil； Emulsifier； Emulsifying property

在油田开发的后期油井出水的问题常常出现，会导致油层能量降低，从而影响油层的最终采收率降低。因此，须及时注意油井出水动向，研究堵水方法，减少出水，从而提高采收率。活性原油是一种液体分散体型堵剂，堵水不堵油，具有良好的选择性，对油层无损害，是在聚合物冻胶调堵等技术出现以后发展起来的一种选择性堵水技术。

1 活性原油堵水机理

活性原油堵水剂是加入了乳化剂的原油，这种活性原油从油井注入地层，遇到地层水可形成较为稳定的油包水型乳状液，会使粘度上升从而阻止水向油井井底流動，乳状液由无数个液珠组成，随着水含量的增大，形成物理堵塞阻碍水的流动，体系中油滴在进入吼道小于其自身体系时，其前部分曲半径要小于留在孔隙部分的曲半径、这样油滴前部的毛管压力大于后部的毛管压力，需要较大的压力才能通过，许多这种油滴的累积效果是不容忽视的[1]。当乳状液遇到原油时会被稀释，粘度下降，流出地层，因此，它是一种对地层没有伤害的选择性堵水剂[2]。

2 实验部分

2.1 实验仪器

（1）BROOKFIELD DV-Ⅲ+可编程控制式流变仪；

（2）高剪切搅拌乳化机；

（3）BROOKFIELD DV-Ⅰ Prime旋转粘度计；

2.2 实验药品

（1）辽宁锦采原油；

（2）W/O型乳化剂：辽河锦州乳化剂LHJ-1；

（3）蒸馏水。

2.3 实验步骤

（1）运用BROOKFIELD DV-Ⅲ+可编程控制式流变仪对辽宁锦采原油粘温关系进行测定。

（2）将一定量的原油和蒸馏水放入恒温箱中，为配置活性原油做准备；

（3）取一定量恒温原油及乳化剂放入锥形烧瓶中，搅拌均匀；

（4）将装有活性原油的锥形烧瓶放入乳化机内，调节搅拌强度。

（5）在搅拌的同时逐滴加入蒸馏水，之后调好温度开始计时。

（6）持续搅拌1 h后，取出乳状液测量其粘度，并用玻璃棒蘸取液滴滴入盛有蒸馏水的烧杯中，观察其形态。

3 实验结果与讨论

3.1 原油的粘温关系

原油的粘温关系是指原油粘度随温度不同而变化的规律[3]。通过测量原油的粘温关系，可以与相同温度条件下的活性原油进行对比评价（图1）。

实验数据表明，随着温度的升高原油粘度下降得很快，由此可看出温度对原油粘度的影响不容忽视，在配置活性原油时也应考虑温度的影响。

3.2 含水率的影响

由表1可见，当含水率介于30%～60%时，在乳化剂浓度为3%，乳化温度为45℃、搅拌强度为1 000 r/min的条件下，均可乳化成功。当含水率为70%时油水分层不能完全混合乳化失败。

由于温度对乳状液的影响很大，因此进一步测得了在不同温度下不同含水率的乳状液的粘度，根据实验数据得到各乳状液的粘温曲线如图2所示。随温度升高，乳状液粘度下降，其中60%含水率的乳状液受温度影响最大。从总体上看，乳状液的粘度随含水率的升高而增大。

将不同含水率的乳状液放入45 ℃恒温箱中，定期观察其状态，发现含水率为30%～60%的乳状液都能维持在20 d内不破乳，稳定性较好。

3.3 乳化剂浓度的影响

由于含水率为60%乳状液粘度较高，遂选择配制乳化剂浓度为2%、3%、4%，含水率为60%的锦采原油乳状液，在45℃条件下观察其乳化状态，并在不同温度下测量其粘度，实验结果如表2所示。

根据图3可以看出，在含水率相同的条件下，3%乳化剂浓度的乳状液粘度比其余两种乳化剂浓度的乳状液粘度大得多，在堵水方面有更大优势。

说明乳化剂的浓度存在一个临界值，当到达这个临界值时乳化剂分子在乳液液滴界面上的吸附达到了饱和状态，界面能降到最低，继续增大用量对乳化效率的提高贡献不大[4]。

将不同浓度的乳状液放入45 ℃恒温箱中，定期观察其状态，含水率为30%～60%的乳化剂浓度3%和4%锦采乳状液都能维持在20 d内不破乳。乳化剂浓度2%乳状液含水率60%时即开始破乳，说明要想保持乳状液的稳定性，乳化剂必须达到一定浓度，但如果浓度太高会影响乳状液的粘度，所以有一个浓度最优值。

3.4 搅拌强度的影响

根据实验结果可见：当温度为45 ℃、乳化剂浓度为3%、含水率为60%、搅拌时间为120 min时，搅拌强度在1 000～2 000 r/min之间油水均可混合均匀。搅拌强度为500 r/min时油水分层，乳化失败，这是由于搅拌强度过低时，不能使油相和水相很好的混合均匀，不易得到稳定的油包水型乳状液。而当搅拌强度过高时，注入的能量也随之增加，加快了乳状液滴的破裂[5]。

根据图4可以看出，搅拌强度为1 500 r/min时，乳状液的粘度随温度变化缓慢，温度对乳状液的粘度影响较小；含水率为搅拌强度为500 r/min时，乳状液的粘度随温度变化最快，此搅拌强度下温度对乳状液粘度的影响最大。因此乳化成功的条件下，搅拌强度1 500 r/min形成的乳状液耐温性能最好。

将不同搅拌强度的乳状液放入45 ℃恒温箱中，定期观察其状态，搅拌强度越高，乳状液稳定性越好；发现其中搅拌强度为1 000～2 000 r/min的乳状液稳定性能最好，可以维持20 d内不破乳。

4 结 论

（1） 原油粘度与乳状液粘度有很大关系，一般情况下，原油粘度越大，配制的乳状液在相同温度下的粘度越高。

（2） 要成功配制乳状液存在临界含水率。含水率越高，乳化剂的乳化能力越好，乳化后乳状液的初始粘度越高；达到一定值后，继续增大含水率，则有可能油水分层，也有可能乳状液发生转相。针对LHJ-1乳化剂，当含水率为70%时，乳化后乳状液的初始粘度越高，但乳状液发生部分转相。

（3） 乳化剂浓度存在最优值。低于最优浓度时，乳化剂浓度越高，形成的乳状液粘度越高，稳定性越好；之后继续增大浓度，乳状液粘度降低。针对LHJ-1乳化剂，最优的乳化剂浓度为3%。

（4） 温度对于油包水型乳状液的粘度影响较大。温度越高，乳状液的粘度越小。因此，稠油乳化堵水时须考虑地层温度对乳状液粘度的影响。

参考文献：

[1]张淑华. 乳化稠油堵水剂理化性质研究[J]. 内蒙古石油化工，2008，13：85-86.

[2]蔡金行，袁鹏飞，马骁，王培龙，宋鑫. 高渗大孔道地层新型乳化稠油堵水剂评价[J]. 林业科技情报，2014，03：103-105+108.

[3]隋付東. 锦16块乳化稠油堵水技术研究[D].东北石油大学，2014.

[4]潘建华. 高升油田稠化油缓速乳化堵水技术[J]. 石油地质与工程，2015，05：141-143.

[5]曲兆选，王桂勋. 乳化稠油选择性堵剂的室内研究[J]. 石油钻探技术，2003，04：56-58.