粒径大小分布的影响因素研究*

赵春森，孔祥义，王玉星，江晓智（东北石油大学黑龙江大庆163318）

粒径大小分布的影响因素研究*

赵春森，孔祥义，王玉星，江晓智
（东北石油大学黑龙江大庆163318）

本文通过稳定分析仪、激光粒度测试对乳状液的粒径大小的影响因素进行研究。研究表明：粒径大小随剪切速率先增加后趋于稳定，浓度在0.3%时所得的乳状液的分散度是相对来说最好的，乳状液加入不同浓度的聚合物时，可以看出加入500mg·L-1的聚合物的乳状液的分散度是相对来说最好的。

粒径大小；剪切速率；乳状液浓度；聚合物浓度

随着工业的迅速发展，世界对石油的需求量越来越大。提高石油采收率，充分利用有限的石油资源具有特别重要的意义[1-3]。化学驱油技术中表面活性剂驱油是一类提高采收率效果好，使用范围广，具有发展潜力的化学驱油技术。表面活性剂应用于驱油对大幅度提高采收率起到了很大的作用[4，5]。本课题的主要研究目标就是针对三次采油的采出水乳化体系，研究了不同条件下乳状液稳定性以及油田采出水粒径大小分布规律，从而利用这些分析对以后的配制稳定乳状液和破乳提供一些帮助，为石油开采提供一些理论基础。

1 实验部分

1.1 材料及仪器

实验用油为大庆原油，密度（20℃）0.8562g·cm-3；实验水样为大庆三厂模拟地层水，密度为1.039g·cm-3；聚合物（相对分子质量为1900万）。

Turbiscan Lab稳定分析仪；数显直流无级调速搅拌器；激光粒度测试仪。

1.2 实验方案

1.2.1 转速对乳状液粒径大小分布的影响

（1）使用甜菜碱溶液分别与聚合物配制成乳状液。配制40mL油水比1∶1的溶液，使用ULTRA-TURRAX T18digital分散机将其打混，转速分别为3000、7500、10000r·min-1

（2）将打混好的乳状液装入样品瓶中，用Turbiscan Lab稳定分析仪测量乳状液的粒径大小。

（3）TURBISCAN LAB稳定分析仪在45℃的恒温条件下进行测量，扫描频率为1次·min-1，共计扫描120min。

1.2.2 表面活性剂浓度对乳状液粒径大小分布的影响

（1）先用200mL的烧杯来配制乳状液，分别加入0.1%、0.2%、0.3%、0.5%的活性剂甜菜碱，然后分别加入1.2%的碳酸钠，再加入98%的水，加入2%的原油，配制不同混合液4份。

（2）把混合好的混合液放在45℃的恒温水浴中，并用数显直流无级调速搅拌器对所配混合液以1500r·min-1搅拌5min。

（3）把搅拌好的乳状液分别倒入分液漏斗中。在20、60和120min后取出分液漏斗下边的乳状液，用激光粒度测试仪测其粒径。

1.3 聚合物浓度对乳状液粒径大小分布的影响

（1）母液配制：清水配制4500mg·L-1熟化2h。

（2）聚合物溶液配制：用清水稀释配制的4500mg·L-1的母液至100、500、、2000mg·L-1。

（3）用配制好的聚合物溶液来制备乳状液。把混合好的混合液放在45℃的恒温水浴中，并用数显直流无级调速搅拌器对所配混合液以1500r·min-1搅拌1min然后以500r·min-1的转速进行搅拌1min如此搅拌直到搅拌够10min为止。

（4）把搅拌好的乳状液分别倒入分液漏斗中。在20min后取出分液漏斗下边的乳状液，用激光粒度测试仪测其粒径。

2 结果与讨论

2.1 剪切速率的影响

图1 粒径大小在不同剪切速率下的分布Fig.1 Distribution of particle size at different shear rates

从图1中可以看出，在某一个转速下，随着时间的增加，粒径大小先增大后趋于稳定，时间继续增加，粒径也基本保持不变，这是由于刚开始时，小液滴里面的压力比大液滴里面的压力大，小液滴会逐渐被大液滴所吞噬，使得乳状液粒径变大，直到乳状液中只有大液滴存在，大液滴的压力反而会越来越小，直到大液滴的压力与小液滴的压力达到平衡，乳状液粒径大小不再随时间发生变化。在不同转速下，随着转速的升高，粒径大小逐渐变小后趋于稳定，而且，当转速大于7500r·min-1后，剪切速率对粒径大小的影响很小，基本保持不变。这是由于转速增加，剪切力的作用变强，乳状液所形成的液滴就越密集，就容易形成水包油溶液，使得乳状液的脱水率降低，从而造成乳状液中粒径变小，直到乳状液趋于稳定，粒径分布均匀且大小基本不变。

2.2 表面活性剂浓度的影响

表1 不同浓度活性剂所制备的乳状液粒径中值（μm）Tab.1 Median particle size of emulsion prepared by different concentration of active agent(unitμm)

由表1可看出粒径中值D[v,0.5]的各个值相差并不是很大[7，8]，即随着活性剂的浓度的不同，粒径中值并没有多大的变化。经过分析可知，那些细微的变化可能是因为有少量的浮油参入的结果。

根据实验所得数据，绘制在不同区间下的粒径分布百分数见图2。

图2 不同活性剂制备的乳状液在不同区间下的粒径分布Fig.2 Particle size distribution of emulsion with differentactive agents in different intervals

分析图2我们可知，分布图均呈现出较明显的双峰形态，过渡段比较平缓[9，10]。而且所得数据中的残值分别为：0.536%、1.547%、0.422%、2.142%，根据残值越小，乳状液分散度越好的原则可得在活性剂是0.3%时所得的乳状液是分散度最好的。

2.3 聚合物浓度的影响

表2 使用不同浓度的聚合物制备的乳状液的粒径中值（μm）Tab.2 Median particle size of emulsions prepared with different concentrations of polymer（μm）

由表2可看出,粒径中值D[v,0.5]的各个值相差较大，即随着聚合物浓度的增加，粒径中值逐渐是变大的。同时，这也表明聚合物的加入使得乳状液的粒径加大。

根据实验所得数据，绘制在不同区间下的粒径分布百分数见图3。

图3 用不同聚合物制备的乳状液在不同区间下的粒径分布Fig.3 Particle size distribution of emulsion prepared with different polymers in different intervals

分析图3可知，分布图均呈现出不明显的双峰形态，显示出接近于正态分布的形状，而且是聚合物浓度越大，大粒径的所占的比例越大，而且分布的越均匀，过渡段比较平缓。而且所得数据中的残值分别为：2.088%、0.637%、0.644%、0.824%。根据残值越小，乳状液分散度越好的原则可得聚合物浓度是500mg·L-1聚合物所得的乳状液分散度较好。

3 结论

（1）剪切速率低于7500r·min-1时，粒径大小随转速增加而减小，大于7500r·min-1，粒径大小基本保持不变。

（2）当活性剂浓度不同时，可看出在浓度是0.3%时所得的乳状液的分散度是相对来说最好的。

（3）当加入不同浓度的聚合物时，可以看出加入500mg·L-1的聚合物的乳状液的分散度是相对来说最好的。

［1］杨小莉,陆婉珍.有关原油乳状液稳定性的研究［J］.油田化学, 1998,15（1）:87-96.

［2］张瑞成，等.常规处理油田采出水中颗粒物粒径分布分析［J］.石油规划设计，2007，18（2）：30-32.

［3］王竹青,葛圣松,邵谦.乳液聚合中乳胶粒粒径大小及分布的影响因素［J］.胶体与聚合物,2008，（4）：28-31.

［4］焦学瞬,贺明波.乳状液与乳化技术新应用［M］.北京:化学工业出版社,2005.3-92.

［5］王世荣,李祥高,刘东志.表面活性剂化学［M］.北京:化学工业出版社,2005.32-39.

［6］候吉瑞.化学驱原理与应用［M］.北京:石油工业出版社,1998.84 -95.

［7］王霞,潘成松,陈军等.O/W型稠油乳状液的静态稳定性评价［J］.钻采工艺,2009，32（6）：46-48.

［8］田英姿，陈克复，张恒.Malvern粒度仪的使用和测试分析［J］.中国造纸，2003,（12）：35-37.

Study on influence factors of particle size distribution*

ZHAO Chun-sen，KONG Xiang-yi，WANG Yu-xing，JIANG Xiao-zhi
（Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China）

In this paper,the factors affecting the particle size of the emulsion were studied by the stability analyzer and laser particle sizemeasurement.The research showed that the particle size increased with shear rate stabilized after dispersion of emulsion concentration in 0.3%when the income is relatively the best,adding different concentrations of polymer emulsion,emulsion dispersion can be seen entering 500mg·L-1polymer is for the best.

particle size;shear rate;emulsion concentration;polymer concentration

TE357

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170772

2017-03-27

国家自然基金（No.51374073）

赵春森（1964-），男，教授，博士后，研究方向：油藏数值模拟及水平井渗流理论。

孔祥义（1992-），男，江苏省沭阳县人，东北石油大学油气田开发专业，研究方向：油藏数值模拟及水平井渗流理论。