甜菜碱二元体系对大庆原油乳化性能分析*

韩伟宁，宋文玲，周朝晖，寇 珂

（1.东北石油大学 提高采收率研究所，黑龙江 大庆163318；2.中石油 勘探开发研究院，北京100083；3.陕西中核地矿油气工程有限公司，陕西 咸阳716000）

近年来，随着各大油田开发的不断深入，后期开采含水不断上升，以及中低渗油藏的开发，注聚合物溶液开发已不足以达到经济效益，原油采出程度日益加难，但聚驱后仍然还有33%～45%的原油残留与地层中。表面活性剂/聚合物二元体系驱油提高采收率效果好，但普通的表面活性剂受矿化度，高温影响显著，并且降低界面张力值能力有限，因此，新型甜菜碱表面活性剂被研制出来，甜菜碱（Betaine）又称三甲铵乙内醋，结构如图1，是存在自然界中的动植物体内的生物碱。甜菜碱表面活性剂二元驱是一种新的三次采油技术，甜菜碱表面活性剂对地层的污染性小，地面处理简单，能够使用于超深地层，中低渗透率地层，甜菜碱表面活性剂能够使油水界面张力降低到超低值，并且具有很强的抗温性和抗矿化度性能力强，对原油乳化能力强，相比普通表面活性剂，具有低浓高效的作用，是今后油田开发的研究对象。为了了解甜菜碱表面活性剂二元驱的优越性，本文通过表面活性剂的降低界面的能力、吸水率以及稳定性能放面进行研究，得出实验规律。

图1 甜菜碱分子结构Fig.1 Beet-alkali molecular structure

1 实验部分

1.1 材料与设备

实验用水为大庆某区块污水，矿化度为7800mg·L-1，为 CaCI2，MgCI2型水质。实验所用活性剂为甜菜碱型表面活性剂，聚合物为部分水解聚丙烯酰胺HPAM，平均相对分子量1200×104，固含量90.36%，水解度23.21%，中石油北京勘探院提供。

实验用油为大庆某区块脱气原油，粘度为10mPa·s（47℃）。

旋转界面张力仪Model TX500C美国彪威工业公司；试管25mL；稳定性分析仪TURBISCAN LAB EXPERT法国FORMULACTION公司。

1.2 实验方法

将HPAM聚合物和甜菜碱表面活性剂配制成二元体系溶液，聚合物（P）浓度为 1200mg·L-1，甜菜碱表面活性剂浓度为0.1%，0.2%，0.3%，配置方式为污配污稀。

1.2.1 界面张力实验以甜菜碱表面活性剂/聚合物二元体系溶液为水下相，利用TX500C旋转界面张力仪转速在5000r·min-1，温度为47℃，测试时间为2h。

1.2.2 吸水率实验将甜菜碱SP二元体系溶液和原油放入47℃恒温箱中，然后按油水体积比例为1∶1加入50mL烧杯中用乳化仪进行乳化，最后导入25mL具塞刻度试管中，放回47℃恒温箱；前15min，在2、5、10min时读数，之后间隔15min记录析出水量。

1.2.3 稳定性实验将乳化好的原油和甜菜碱二元体系溶液倒入测试瓶内，用TurbiscanLabExpert型稳定分析仪对测试瓶内的乳状液体系进行自动扫描。扫描频率为1次·min-1，共计扫描120min。扫描温度为47℃。

2 结果与分析

2.1 甜菜碱不同浓度对界面张力评价

用矿场污水配制聚合物浓度为P1200mg·L-1，配制方式均为污配污稀，测定甜菜碱表面活性剂在不同浓度下四组实验，分别为Ⅰ：甜菜碱0.1%,Ⅱ：甜菜碱0.2%,Ⅲ：甜菜碱 0.3%，Ⅳ：甜菜碱 0.2%+1.2%Na2CO3，4组实验结果见图2。

图2 不同甜菜碱浓度的界面张力Fig.2 Interface tension of different beetroot concentrations

由图2可以得出，随着测试时间的变化，油水之间的界面张力不断降低，甜菜碱浓度为0.2%时的界面张力小于浓度为0.1%和0.3%，加入1.2%Na2CO3能够降低界面张力值。当时间达到120min时，当甜菜碱活性剂浓度为0.2%和甜菜碱活性剂浓度0.3%+1.2%Na2CO3时界面张力降低至10-3mN·m-1，满足活性剂驱油降低界面张力的首要条件及技术指标，说明甜菜碱活性剂在浓度为0.2%时对该矿场原油具有适应性。由于甜菜碱表面活性剂存在亲油基和亲水基，是两性表面活性剂，当甜菜碱表面活性剂浓度为0.2%时，界面张力值最小，是由于甜菜碱浓度的增加，界面膜上的甜菜碱活性剂浓度增加，当浓度为0.2%时，甜菜碱表面活性剂浓度达到临界胶束浓度，当浓度为0.3%时，大约临界胶束浓度，界面膜强度由活性剂的浓度增加而降低。随着时间增加，在90min到120min时，界面张力值稍微回弹。

2.2 甜菜碱不同浓度对吸水率评价

测试甜菜碱活性剂二元体系乳状液在不同浓度下吸水率情况，结果见图3。

图3 不同甜菜碱浓度的乳状液吸水率Fig.3 Emulsion absorbent rates of different beetroot concentrations

由图3可以得出，随时间的变化不同浓度活性剂的乳状液吸水率不断增加，二元体系中加入Na2CO3能够使吸水率迅速增高，未加入Na2CO3比加入Na2CO3的二元体系乳状液吸水率慢，加入Na2CO3在15min时吸水率达到66%，120min时达到97.35。未加入Na2CO3的甜菜碱活性剂浓度的乳状液吸水率随活性剂浓度的先增加后降低，当甜菜碱活性剂浓度0.2%时，乳状液吸水率最低，在120min时，吸水率仅达到3.3%，说明其具有良好的的稳定性。由于由于活性剂浓度达到临界胶束浓度时，油水界面膜处吸附活性剂分子达到最佳值，界面膜强度大，乳状液液滴不易破裂，故吸水率低。

2.3 甜菜碱不同浓度对稳定性的评价

用TurbiscanLabExpert型稳定分析仪对4组乳状液进行扫描，实验结果见图4。

图4 二元体系乳状液的稳定指数Fig.4 Stability Index of Emulsion sofeofs in binary systems

从稳定指数得出，随时间变化，稳定指数增加，在0min到20min时，稳定指数增加最快，在20min到120min时稳定指数增加缓慢。加入Na2CO3的体系乳状液稳定指数最高，120min时达到7.1。未加Na2CO3的二元体系乳状液在活性剂浓度在0.2%时，稳定指数一直最小，在120min时稳定指数为2.2，甜菜碱浓度为0.1%和0.3%时的稳定指数接近，并大于甜菜碱活性剂浓度为0.2%的稳定指数值。

加入Na2CO3的活性剂体系在前20min稳定指数增长最快，由于Na2CO3的加入加快了微状油珠的聚并与上浮。甜菜碱活性剂为0.2%时乳状液在前20min时上浮与聚并慢，由于其界面膜处吸附甜菜碱表面活性剂分子浓度达到临界胶束浓度，其界面膜强度最大，稳定性好，所以吸水率低，稳定指数小。当甜菜碱活性剂浓度为0.1%和0.3%时，其稳定指数较高，稳定指数大于活性剂浓度0.2%，稳定性差，油珠易于上浮及聚并，吸水率大于活性剂浓度为0.3%。

3 结论

（1）当甜菜碱表面活性剂浓度达为0.2%时，能够使油水界面张力降低到10-3mN·m-1，当甜菜碱活性剂浓度达到临界胶束浓度，其界面张力值最低，超过临界胶束浓度，界面张力值增加。Na2CO3有助于油水界面张力值降低。

（2）吸水率随甜菜碱活性剂浓度增加而降低，当浓度增加到临界胶束浓度，吸水率最低，乳状液稳定性好，当浓度大于临界胶束浓度，吸水率增加，高浓度的两性活性剂使油滴液膜稳定性降低吸水率增高。Na2CO3能够降低液膜强度，使吸水率增加，稳定性能降低。

（3）当活性剂浓度达到0.2%时，即临界胶束浓度，乳状液稳定指数越低。Na2CO3的加入使稳定指数增加。

（4）界面张力达到超低值时，吸水率和稳定指数不一定低。稳定指数和吸水率规律一至。Na2CO3的加入使乳状液稳定性失去平衡，稳定指数升高，吸水率加快，但界面张力降低。