三元复合体系界面张力影响因素分析

2013-12-01刘红娟中石油大庆油田有限责任公司第一采油厂黑龙江大庆163111

长江大学学报(自科版) 2013年16期

刘红娟（中石油大庆油田有限责任公司第一采油厂，黑龙江大庆163111）

三元复合驱提高采收率的主要手段之一是通过降低油水的界面张力，使油滴在低界面张力条件下容易变形，使残余油易被驱出。因此，超低界面张力是大幅度提高原油采收率的重要条件［1］。下面，笔者对三元复合体系界面张力影响因素进行研究，以便为油田开发提供参考。

1 试验部分

1.1 试验材料和仪器

1）试验材料聚合物（分子量分别为1500万、1900万和2500万）；试验用水（取自三元注入站）；试验用油（取自大庆油田北一区断东三元复合驱试验现场的脱气、脱水原油）；表面活性剂。

2）试验仪器 TX－500C型旋转滴界面张力仪；恒温箱；电子天平等。

图1 三元复合体系乳化试验照片

1.2 试验方法

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℃，10min读取一个数值，待2h后，记录平衡时的界面张力值。

2 结果和讨论

2.1 三元复合体系界面张力与乳化程度的关系

配制了界面张力稳定的A、B、C、D共4种三元复合体系，界面张力数量级为A＝B＜C＜D，且分别相差约一个数量级，配方分别为：0.3%表面活性剂S＋1.2%碱A＋2000mg／L聚合物P；0.1%表面活性剂S＋0.8%碱 A＋2000mg／L聚合物P；0.1%表面活性剂S＋0.4%碱A＋2000mg／L聚合物P；0.025%表面活性剂S＋0.4%碱A＋2000mg／L聚合物P。将上述三元复合体系与原油按1∶1进行乳化试验，试验结果如图1所示。由图1可知，B、C、D三元复合体系的乳化程度为B＞C＞D，也就是三元复合体系界面张力值越低，其乳化效果越好，这是因为油水两相间的界面张力降低的同时也降低了复合体系界面能，有利于增加乳状液的稳定性；虽然A和B三元复合体系界面值属于相同数量级，但是A体系乳化效果明显弱于B、C、D体系，这是因为A体系表面活性剂和碱浓度相对较高，过高的离子强度导致电荷之间的斥力使液滴分开，从而导致乳状液稳定性下降［2］。

2.2 碱、表面活性剂浓度变化对三元复合体系界面张力的影响

为了考察不同浓度表面活性剂和碱配制的三元复合体系与原油界面张力是否有一定的影响，室内配制表面活性剂浓度为0.025%～0.4%，碱浓度为0.4%～1.4%的三元复合体系，分别测定界面张力值。

表面活性剂浓度－界面张力曲线图如图2所示。由图2可见，界面张力随着表面活性剂浓度的增加先减小后略有增加。这是由于表面活性剂在浓度较低时，在油水界面上吸附的分子较少，分子排列不够紧密且不规则，界面张力较大；浓度增大时，油水界面上吸附的分子逐渐增多，分子排列变得紧密而整齐，达到吸附饱和，界面张力急剧下降；继续增大表面活性剂的浓度时，在油滴附近开始出现胶团，阻止了部分表面活性剂在油水界面的吸附，界面张力开始回升［2］。

碱浓度－界面张力曲线图如图3所示。由图3可知，界面张力随着碱浓度的增加先减小后增大。这是因为碱可以与原油中活性物质发生反应生成原油自身的表面活性剂，协助外加的表面活性剂降低界面张力。此外，体系中加入碱还可以起到增强离子强度的作用，使表面活性剂以更好的形态在油水界面排列和吸附，从而降低界面张力，但是过量的碱将导致表面活性剂的水溶性下降，油溶性增加，使其亲水亲油平衡偏离最佳状态，从而出现界面张力值增大的现象［3］。

图2 表面活性剂浓度－界面张力曲线图

图3 碱浓度－界面张力曲线图

2.3 聚合物浓度变化对三元复合体系界面张力影响

采用分子量为1900万的聚合物配制浓度分别为0、500、1000、1500和2000mg／L的三元复合体系，检测其界面张力。聚合物浓度－界面张力曲线图如图4所示。从图4可以看出，不同聚合物浓度的三元体系界面张力值基本一致，说明聚合物浓度的变化对界面张力的影响不大。

2.4 不同碳数的正构烷烃油品对三元复合体系界面张力的影响

配置浓度为2000mg／L聚合物P＋1.2%碱A＋0.3%表面活性剂S的三元复合体系，用不同碳数的正构烷烃进行界面张力测定，试验结果如图5所示。从图5可以看出，当正构烷烃碳数较小时界面张力值较高，这是由于表面活性剂分子在油相中溶解性大，油水界面上吸附的表面活性剂分子较少，因而界面张力值较高；随着正构烷烃碳数的增加，表面活性剂分子从油相向水相及油水界面中分配，油水界面上吸附的表面活性剂分子增多，因而界面张力值减少；当正构烷烃碳数继续增加时，表面活性剂分子在水相中的溶解性越来越大，油水界面上吸附的表面活性剂分子较少，因而界面张力值又会增大。因此，不同正构烷烃碳数油品对三元复合体系界面张力的影响有差异。

图4 聚合物浓度－界面张力曲线图

2.5 剪切作用对三元复合体系界面张力的影响

采用现场污水，使用分子量分别为1500万、1900万和2500万聚合物配制三元复合体系，配方为2000mg／L聚合物P＋1.2%碱A＋0.3%表面活性剂S（样品存放条件为厌氧、45℃）。三元体系剪切前后界面张力稳定性曲线图如图6所示。从图6可以看出，三元体系剪切前后的界面张力值变化不大，说明剪切对三元体系界面张力无影响。