胜利油田二元驱采出液中乳状液的稳定性研究

2014-04-04孙玉海马天态马素俊杨景辉冯雷雷

精细石油化工进展 2014年3期

孙玉海，王　娟，马天态，马素俊，杨景辉，冯雷雷，冯　茜

(中国石化胜利油田采油工艺研究院，山东东营 257000)

二元复合驱(表面活性剂+聚合物)作为重要的采油技术，具有驱油效率高的显著特点,近年来得到了迅速发展。

二元复合驱原油中新型驱油用化学品的应用及原油性质的劣质化，使得采出水乳化严重，油水分离不彻底，污水中含油量大；尽管采取了加大破乳剂及净水剂用量，增加沉降时间等措施，但均未有效解决生产中存在的问题，采出液处理难度大[1-2]。

目前，对二元驱采出液的研究报道主要集中在采出液处理剂的研发[3-6]，而对于二元驱采出液中油水乳化的特性和稳定性的原因鲜有报道。笔者针对胜利油田二元驱采出液乳状液难以破乳的问题，通过对其油水特性分析研究，找出了影响乳液破乳的关键因素，可解决二元复合驱采出液的油水分离困难的现状。

1　实验

1.1　仪器与原料

恒温水浴振荡器；SVT20型视频旋转滴张力仪，Data physics公司；JB-3型定时恒温磁力搅拌器，上海雷磁新泾仪器有限公司；1162型Zeta plus电位分析仪，美国Brookhaven公司；界面张力仪，法国IT Concept公司。

石油醚；氯仿；二元驱采出液，胜利油田孤岛第四联合站井排来液；二元驱采出液中的原油组分：饱和分和芳香分占60.70%、胶质占30.53%、沥青质占8.77%；采出液的水质离子，组成见表1。

表1　采出液水质离子组成

1. 2　实验方法

1.2.1水溶性聚合物(HPAM)含量的测定

采用淀粉-碘化镉光度法[7-8]测定采出水中的HPAM的含量

1.2.2悬浮物(SS)含量的测定

悬浮物对乳液的稳定性有重要的影响，因而研究其含量将是一项重要内容，其含量的测定按照《中华人民共和国石油天然气行业标准(SY/T 5329—1994)》执行。滤膜用蒸馏水浸泡、清洗后，放入烘箱烘干、冷却后称重，再将滤膜装到微孔滤器上过滤水样，经过滤膜烘干、冲洗、再烘干称重，记录过滤前后滤膜重量，计算悬浮物的含量。

1.2.3二元驱原油乳状液的界面张力测定

原油乳状液的提取：静置矿场二元驱采出液，用注射器取下层水样，将水样移入分液漏斗中，用200 mL石油醚分4次萃取水样，每次都将洗取样瓶后的石油醚倒入分液漏斗中并振荡1～2 min；每次加入石油醚振荡时，在分液漏斗的中部形成稳定的乳化层，难以破乳，经过4次萃取后，收集中间乳化层(见图1)，对中间乳化层开展稳定性研究。用扩张压缩界面张力仪研究乳状液的界面张力、界面弹性模量的变化规律与体系的稳定性。

图1　二元驱乳状液

1.2.4二元驱乳状液界面黏弹性的测定

用注射器取二元驱乳状液装入比色皿，在30 ℃测定溶液的界面黏弹性。

1.2.5二元驱溶液界面膜微观结构分析

用一次性针管吸取提取的二元驱乳状液，滴在玻璃片上用(Nikon SMZ1500)光学显微镜直接观测乳状液形态。

1.2.6二元驱乳状液Zeta电位分析

二元驱采出液经过4 h的静置，分离出上层原油，向烧杯中加入下层的二元驱采出水，用注射器取下层水进行水中油珠的电位测定。

2　结果与讨论

2.1　二元驱采出液中HPAM含量与采出液稳定性的关系

表2　采出液水样中HPAM的含量及相对分子质量

从表2可以看出，采出液水样中HPAM含量较高，文献[9]研究发现,当聚合物浓度>80 mg/L时，聚合物在油水界面上的吸附趋于饱和，同时聚合物的体相黏度较大，对界面剪切黏度产生明显的影响。现试验采出液中HPAM含量已经远超过80 mg/L，聚合物溶液本身的黏度对油水界面剪切黏度的影响超过聚合物吸附层对界面剪切黏度的影响。吴华等[10]研究还发现当聚丙烯酰胺相对分子质量低于114×104时，其对采出液稳定性无明显影响。研究的采出液中HPAM的相对分子质量远低于114×104。因而影响采出液稳定性的根本因素是聚合物溶液自身的黏度，与分配系数关系不大。聚丙烯酰胺溶液的自身黏度越大，对采出液稳定性的增强作用越明显。

2.2　采出液中SS含量与乳状液稳定性的关系

采出液中SS的存在会起到固体颗粒乳化剂的作用，使乳状液中分散液珠的聚并趋势降低，起到稳定乳状液的作用。

表3　采出液中SS的含量

表3可以看出，二元驱采出水中SS含量很高，且溶液为均匀的深色，而用氯仿萃取脱除总有机物后，水样的SS含量大大降低。过滤前水中含油量为134 mg/L，过滤后溶液含油量降为12.5 mg/L，说明溶液中的油和有机物与固体颗粒之间存在较强的相互作用，或有机物质以缔合状态存在，形成大的胶粒，无法透过滤膜，且这部分含油为稳定的乳化油方式存在。同时研究人员[5]发现在低剪切下，HPAM 浓度对于采出液稳定性影响较小；而当溶液中含少量固体时，采出液稳定性有所增加。因此，高含量的悬浮物和聚合物的协同作用，对采出液的油水分离造成很大的影响。

2.3　二元驱乳状液的界面性能

在30 ℃测量胜利油田采出液二元驱乳状液在一定时间内的界面张力,结果见图2。

图2　二元驱乳状液界面张力随时间的变化曲线

由图2计算出二元驱乳化液的界面张力平均值为14.23 mN/m。从图2可以看出，动态界面张力随时间变化幅度不大，相对比较稳定。这说明界面活性物质在界面上的吸附稳定，且所形成的界面膜具有一定的结构和强度。

2.4　二元驱乳状液界面黏弹性与其稳定性关系

采用扩张压缩界面张力仪测定乳状液的界面弹性模量，测定结果见图3。

图3　二元驱乳状液的界面黏弹性

从实验中计算得出界面弹性模量平均值为4.32 mN/m, 弹性分量0.64 mN/m, 黏性分量1.5 mN/m。由图3可以看出，乳状液的弹性模量较大，因而此膜的强度较高，有一定的抗剪切能力，其中的黏性分量占比重相对很大，可以确定该油水体系界面膜的膨胀变形中，黏性变形起主导作用。由此推断，二元驱油水体系的稳定性与界面膜的黏性有很大的关联。这证明，乳状液的稳定性与溶液中聚丙烯酰胺的含量有直接关系。

2.5　二元驱溶液界面膜微观结构分析

二元驱乳状液(见图4)的乳化粒子非常小，经测量粒径约为2 μm；且乳状液基本上水作为外相，油被包裹在里面，形成水包油型乳状液，在油水界面上有一层比较厚的界面膜，这层厚的界面膜上吸附了固体颗粒。

图4　为二元驱乳状液的微观形态照片

2.6　二元驱乳状液Zeta与其稳定性的关系

图5为二元驱乳状液在放置的过程中乳状液照片，表4为二元驱乳状液放置不同时间测得的水相Zeta电位。

图5　二元驱乳状液照片

参数时间1d2d7d30dZeta电位/mV-8.43-5.30-3.85-2.54

从表4中可以看出，乳状液滴表面上是带负电的。界面电荷理论认为，乳状液的液珠带电，使液滴相互接近时产生排斥力，从而防止液滴聚结。因此，Zeta电位数值越大，乳状液越稳定；随着放置时间的延长，二元驱乳状液逐渐破乳，大约在7 d后全部破乳，同时乳状液的Zeta电位值也逐渐减小，乳状液中的悬浮物慢慢沉降，溶液逐渐变得澄清。这说明当乳状液的Zeta电位值减小时，体系的稳定变差小。从图5可以看出，当乳状液体系破乳后，即乳化液珠的界面膜不存在后，乳状液的Zeta电位是存在的，但此时它们的静电稳定对乳状液稳定性作用不大。结合分析可以看出，二元驱乳状液之所以能够稳定存在，是有一层强度和厚度很大的界面膜，此膜的主要成分为HPAM和SS及少量的界面活性组分组成。