苏里格气田典型区块采出水乳化特征及乳化影响因素分析*

李明星，李红英，刘 鹏，白志涛，刘 伟，张跃宏

（1.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710018；2.中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院，陕西西安 710018；3.中国石油长庆油田分公司第二采气厂，陕西榆林 719000；4.中国石油长庆油田分公司第一采气厂，陕西靖边 718500；5.陕西科技大学轻工科学与工程学院，陕西西安 710021）

0 前言

苏里格气田是典型的“三低”（低压、低产、低丰度）气藏，大部分气井在生产3～5年后，面临着地层能量降低、单井产量低的问题，需采取排水采气辅助气井生产。排水采气的主要措施有：泡沫排水、速度管柱、柱塞气举等，其中泡沫排水是最主要的措施之一，年应用井次达10万次以上［1］。苏里格上古气藏普遍含有凝析油，部分集气站的凝析油采出液乳化严重［2］，年产生乳化液3000～5000 m³，影响集气站正常生产、轻烃交接计量和下游采出水处理系统正常运行。

与普通乳状液相比，凝析油乳状液具有乳化稳定性高、乳化程度严重的特点［3-4］，难以通过常规的物理沉淀法实现油水快速分离。通常来说，影响乳液形成的外界因素包括搅拌速率、搅拌时间、乳化温度、油水比例及加水方式等，对于不同的乳液体系，其稳定性影响规律不同［5-7］。凝析油的组成和性质会直接影响气田采出水凝析油乳状液的稳定性。Liu 等［8］认为，凝析油的液滴粒径越小、分散越均匀，乳液越稳定。Daaou等［9］认为，凝析油的黏度越大，摩擦阻力越大，使得分散相液珠的运动越慢，液珠间的碰撞聚结越难，乳液越稳定。张维等［10］认为，凝析油乳状液中含有较多的悬浮固体颗粒物，悬浮固体颗粒物存在于油-水界面上时可起到乳化作用，提高凝析油乳状液的稳定性。范爱芳等［11］总结了采出液常见悬浮固体颗粒物及其对采出液稳定性影响情况。本文以苏里格气田凝析油采出液为研究对象，开展典型区块采出液乳化特征分析及影响因素研究，对后期破乳措施的制定和优化提供理论支持。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

盐酸、二甲苯、石油醚，分析纯，天津市天力化学试剂有限公司；无水硫酸镁，分析纯，天津市河东红岩试剂厂；二氯甲烷、无水乙醇、溴化钾，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；亚甲基蓝（≥98%）和苏丹III，分析纯，上海麦克林生化科技有限公司。泡排剂UT-11C，工业级，成都孚吉科技有限责任公司；缓蚀剂RX-204A，工业级，陕西日新石油化工有限公司；乳状液取自苏里格气田5 个典型集气站。

M60型高倍显微镜，德国徕卡公司；Nano-ZS90型纳米粒度电位仪，英国Malvern 公司；iCAP 6000 SERIES型电感耦合等离子发射光谱仪，美国Thermo公司；GC-MS 6890-5973A型气相色谱质谱联用仪，美国安捷伦公司；881 Compact IC pro 型离子色谱仪，瑞士万通公司。

1.2 实验方法

（1）凝析油中含水量和含油量的测定

在具塞刻度试管中加入凝析油乳状液，以8000 r/min的速度离心5 min，静置10 min后，凝析油乳状液形成凝析油层、中间乳化层和水相层，分别读取凝析油层、中间层和水相层的体积，计算含水量、中间层含量和含油量，每个样品平行测定5 次取平均值。

（2）GC-MS测试

参照文献［12］，取5 mL 的凝析油于烧杯中，添加无水硫酸镁（至白色块状固体出现）对其进行干燥处理，对处理后的凝析油进行减压抽滤，将滤液用孔径为0.22 μm 的有机滤膜进行快速过滤，用得到滤液进行GC-MS分析。

（3）水样矿化度的测定

根据中华人民共和国行业标准SL 97—1994《矿化度的测定（重量法）》测定水样的矿化度。

（4）乳状液显微特征分析

采用稀释法、滤纸润湿法、染色显微观察法（分别用亚甲基蓝和苏丹III进行染色）分析凝析油乳状液的乳化类型。

（5）Zeta电位的测定

将气田采出液中的悬浮固体颗粒物过滤后，稀释为合适的浓度，采用Nano-ZS90 纳米粒度电位仪在室温下测定其Zeta 电位，每个样品平行测定3 次并取平均值作为最终结果。

（6）采出水离子浓度测定

将水样过滤、稀释后，按照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5523—2016《油田水分析方法》，采用电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP）测定水样中Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、K+、Na+等阳离子的含量；采用盐酸滴定法测定HCO3-的含量；采用离子色谱法测定Cl-的含量。

（7）乳化实验

将凝析油与水溶液按体积比为3∶7 混合（总体积为20 mL）；在搅拌速率为6000 r/min、乳化时间为60 min、乳化温度为40 ℃下，采用高速剪切乳化机进行乳化；将乳化后的溶液置于25 mL 的具塞刻度量筒中，在室温下静置15 min，观察是否自动脱水，在稳定后记录乳状液的体积，并换算为乳状液体积分数。

2 结果与讨论

2.1 气田采出液的特征

选取苏里格气田5个集气站点采出水凝析油乳状液，开展基本性质、乳化类型及乳化组分分析。将凝析油乳状液高速离心后，可明显观察到凝析油层、中间乳化层和水相层3 层，其中中间层含有固体颗粒物（呈现灰黑色）。按照体积计算，集气站五个站点乳状液的组成如表1 所示。由表1 可知，5个站点的凝析油乳状液的含水量、含油量差别较大。其中，乌×站、北1×站和苏东4×站的凝析油乳状液含水率较高，在58.5%～75%之间，宏观上表现为流动性较强，体系中微粒的布朗运动较剧烈，静置一定时间（1～72 h）后出现分层现象，而苏48-×站和苏48-3×站的凝析油乳状液的含水量相对较低（40%～50%），流动性差，在自然静置7 d 内不分层。

表1 苏里格气田5个集气站点采出水凝析油乳状液的特征

乳状液的Zeta 电位是表征胶体分散体系稳定性的重要指标，Zeta电位绝对值越大，带电液珠之间互相排斥的能力越大，防止聚并沉降能力越强，乳状液的稳定性越好［13］。5个站点乳状液的Zeta电位（表1）相差较大，苏48-3×站和苏48-×站的Zeta电位较高，乳状液稳定，静置7 d 未分层；苏东4×站和北1×站的Zeta 电位绝对值较低，乳状液不稳定，静置1、4 h即分层。

5 个站点凝析油的成分分析结果见表2。凝析油中烷烃类的质量分数在80.96%～88.70%之间，此外，凝析油中均含有不同质量分数的醇类和酯类物质，其中醇类的质量分数在1.48%～4.80%之间，酯类的质量分数在2.08%～6.34%之间。醇类可作为烷烃类物质的助溶剂，酯类可作为表面活性剂促进烷烃类物质在水中形成乳液，这些极性有机物在油-水界面上会与亲水性的表面活性剂形成复合界面膜，促进凝析油乳状液的形成［14］。

表2 5个集气站凝析油成分

5 个站点水相水质全分析结果见表3。苏东4×站和北1×站水相的矿化度较高，分别为96.83、172.24 g/L，苏48-3×站水相的矿化度最低，为14.04 g/L。金属离子通过压缩双电层效应，影响具有表面活性的物质在油水界面的吸附，减弱油水界面膜的强度，从而导致乳状液稳定性降低［15-17］。5个站点的水相矿化度越高，凝析油乳状液的稳定性越差。这与乳状液静置分层结果一致。

表3 集气站水相水质全分析结果表

2.2 气田采出水凝析油乳状液显微特征

图1—图5分别为乌×站、北1×站、苏东4×站、苏西48-×站、苏48-3×站凝析油乳状液液滴的微观形貌图。可以发现，各乳状液液滴大小不一，分散不均匀，不同亲疏水性的悬浮固体颗粒物可以分散在油滴内及水相中，油水界面处吸附的小粒径悬浮固体颗粒物，促进了乳状液的稳定。整体来说，乳状液以水相为连续相、油为分散相（O/W），而对于部分油滴，油为连续相、水为分散相（W/O），最终形成复杂的水包油包水（W/O/W）型。

图1 乌×站凝析油乳状液液滴微观形貌

图3 苏东4×站凝析油乳状液液滴微观形貌

图4 苏西48-×站凝析油乳状液液滴微观形貌

2.3 气田采出水凝析油乳化影响因素分析

2.3.1 泡排剂对凝析油乳化的影响

以苏东4×站和苏48-×站凝析油乳状液为模拟对象，在凝析油与水的体积比为3∶7、搅拌速率为6000 r/min、乳化时间为60 min、乳化温度为40 ℃下制备20 mL的模拟乳状液，考察泡排剂（现场在用的UT-11C）用量（0.3%～0.7%）对凝析油乳化的影响，结果见图6。由图6可以看出，随着泡排剂用量从0增至0.7%，凝析油乳状液体积分数均呈现先增大后减小的趋势，当泡排剂用量为0.6%时，凝析油模拟乳状液的形成体积最大，达5.1 mL，体积分数为25.5%。

图6 泡排剂用量对凝析油乳化液体积分数影响

当泡排剂浓度小于临界胶束浓度（ccmc）时，泡排剂分子以单分子形式快速吸附在油水界面上，界面吸附量与浓度成正比，浓度越大，模拟乳状液形成体积越大；当泡排剂用量大于ccmc时，泡排剂分子聚集成团形胶束，油水界面吸附量达到饱和，吸附缓慢甚至出现解吸附现象，使得模拟乳状液形成体积减小。

泡排剂作为一种表面活性剂，可吸附在油水界面上，直接降低水样的表面张力，增强油水之间的亲和性，部分亲水基团带有一定电荷，增强了油珠的负电性和油珠间的静电排斥力，不利于油珠的集结聚并，从而形成较稳定的凝析油乳状液。同时，泡排剂可以增强对一些难溶于水的悬浮固体颗粒物质的润湿性能，增强界面膜强度，从而使得凝析油乳状液更加稳定。

2.3.2 悬浮固体颗粒对凝析油乳化的影响

以苏东4×站和和苏48-×站凝析油乳状液为模拟对象，在凝析油与水的体积比为3∶7、搅拌速率为6000 r/min、乳化时间为60 min、乳化温度为40 ℃下制备20 mL 的模拟乳状液，悬浮固体颗粒用量（0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%）对凝析油乳化液体积分数的影响如图7所示。

图7 悬浮固体颗粒含量对凝析油乳化液体积分数的影响

由图7可以看出，在模拟乳状液中，随着悬浮固体颗粒含量的增多，凝析油模拟乳状液体积分数均呈现先增大后减小的趋势。当悬浮固体颗粒物质量分数为0.4%时，凝析油乳状液体积分数最大。这是因为当悬浮固体颗粒含量较低时，悬浮固体颗粒主要起到乳化作用［18-19］，吸附在油水界面上，提高了油水界面膜的机械强度，降低了界面能。界面吸附量与其浓度成正比，浓度越大，乳状液形成体积越大；当悬浮固体颗粒较高时，受界面电荷影响，相互排斥，压缩扩散双电层体积，使得模拟乳状液体积减小。

2.3.3 缓蚀剂对凝析油乳化影响

以苏东4×站和苏48-×站凝析油乳状液为模拟对象，在凝析油与水的体积比为3∶7、搅拌速率为6000 r/min、乳化时间为60 min、乳化温度为40 ℃下制备20 mL 的模拟乳状液，泡排剂质量分数为0.6%，悬浮固体颗粒质量分数为0.4%时，缓蚀剂RX-204A 用量（0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%）对凝析油乳化体积分数的影响如图8 所示。由图8 可知，在模拟乳状液中，缓蚀剂浓度对于凝析油模拟乳状液体积分数没有明显的影响，这是因为缓蚀剂RX-204A 不具有表面活性作用，无法与泡排剂和悬浮固体颗粒物质共同发挥协同乳化的作用，因而缓蚀剂浓度对凝析油模拟乳状液体积分数无显著影响。

图8 缓蚀剂用量对凝析油乳化液体积分数的影响

3 结论

苏里格气田采出液特征分析表明，5 个站点采出水凝析油乳状液的组成差异较大，乳状液的稳定与Zeta 电位呈现良好的对应关系，Zeta 电位的绝对值越大，乳状液越稳定。苏里格气田乳状液以水相为连续相、油为分散相（O/W）；对于单个部分油滴，油为连续相，水为分散相（W/O），最终形成复杂的水包油包水（W/O/W）型。

5 个采出水凝析油中醇类质量分数在1.48%～4.8%，酯类质量分数在2.08%～6.34%，这些极性有机物具有助乳化作用，在界面上会与亲水性的表面活性剂形成复合界面膜，有利于凝析油乳状液的形成。

随着泡排剂、悬浮固体颗粒用量的增大，凝析油模拟乳状液体积分数均先增大后减小。当泡排剂质量分数为0.6%、悬浮固体颗粒质量分数为0.4%时，凝析油模拟乳状液形成体积分数最大，而缓蚀剂浓度对凝析油模拟乳状液体积分数无明显影响，泡排剂和悬浮固体颗粒共同作用使得凝析油发生严重的乳化。