周冰靈，孔 輝，張 婧，申 彤，王克亮

（東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶，163318）

微乳液是表面活性劑、助劑和油水混合形成的熱力學(xué)穩(wěn)定體系[1-2]。根據(jù)微乳液和油水相共存情況可分為下相、中相和上相，中相的形成可大大提高驅(qū)油效率，因此，中相微乳液驅(qū)油為提高水驅(qū)后原油采收率提供了一種很有發(fā)展前途的三次采油技術(shù)。中相微乳液可增溶油又可增溶水，當(dāng)中相微乳液和油水的界面張力σmo=σmw時(shí)，體系界面張力σc達(dá)到最小，對應(yīng)于油水增溶參數(shù)SPo=SPw，體系的增溶參數(shù)Sp 也最大[3，4]。微乳液驅(qū)油的機(jī)理很復(fù)雜，但關(guān)鍵因素還在于微乳液可以使原油驅(qū)替液的界面張力降低到10-3～10-4mN·m-1的超低水平，并使原油在鹽水中的增溶量達(dá)到最大值[5]。開展最佳中相微乳液驅(qū)油效果研究，主要目的是確定最佳中相微乳液配方，并進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)研究，評價(jià)配方驅(qū)油效果，為水驅(qū)后進(jìn)一步提高原油采收率技術(shù)提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

油相（煤油）；地層水（礦化度為3700mg·L-1）；Na2CO3；正丁醇；十二烷基硫酸鈉（SDS）。

ALC-210.4 電子天平；EMS-3A 型加熱定時(shí)磁力攪拌器；25mL 具塞比色管若干；堿式滴定管；多功能物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置；巖心夾持器、中間容器、壓力表、環(huán)壓泵、ISCO 微量恒速泵等。

貝雷巖心，水測滲透率為400mD。

1.2 最佳中相微乳液體系確定

1.2.1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 體系包括5 種組分：煤油、地層水、SDS、正丁醇、Na2CO3。固定油水體積比為1∶1，調(diào)節(jié)SDS、正丁醇和Na2CO3三因素的濃度水平，記錄微乳液相和剩余油水相體積，分析正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而優(yōu)選出最佳中相微乳液體系配方。

1.2.2 Winsor 相圖和增溶參數(shù)圖的繪制 固定油水體積比為1∶1，取規(guī)定量正丁醇和Na2CO3，表面活性劑為一系列不同濃度的SDS 溶液。利用磁力攪拌器充分混合后，在45℃恒溫箱中靜置10h，到各相達(dá)到相平衡，記錄各相體積，繪制相體積表活劑濃度圖。同樣方法，在其他組分不變條件下，繪制相體積鹽度圖和相體積醇濃度圖。

為便于研究，定義增溶參數(shù)為單位質(zhì)量表面活性劑所增溶的油/水體積：

式中 SPw、SPo：增溶的水和油的量，g·mL-1；、Vw、Vo：增溶的水和油的體積，mL；ms：表面活性劑質(zhì)量。

1.3 驅(qū)油效果研究

開展了貝雷巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，對比水驅(qū)后，進(jìn)一步表面活性劑+ 聚合物體系（聚合物分子量為1600×104、濃度為1500mg·L-1，0.2PV+ 表面活性劑，0.3 PV）和最佳中相微乳液體系+聚合物體系（聚合物分子量為1600×104、濃度為1500mg·L-1，0.2PV+最佳中相微乳液，0.3PV）驅(qū)油提高采收率效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 最佳中相微乳液驅(qū)油體系的確定

2.1.1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 設(shè)計(jì)了正交實(shí)驗(yàn)，以微乳液體系中剩余油相和剩余水相體積差|Vo-Vw|=△V 為評判指標(biāo)，△V 越小，體系越接近最佳中相微乳液體系。

表1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Experimental results of the orthogonal test

從表1 可知，以△V 為評判指標(biāo)，影響因素從主到次依次為正丁醇濃度、SDS 濃度、Na2CO3濃度，最佳中相的最佳條件是CSDS=4%、C正丁醇=7%、CNa2CO3=3%。

2.1.2 體系組成對相態(tài)和增溶參數(shù)的影響 45℃條件下，在SDS/正丁醇/Na2CO3/煤油/地層水體系中，固定油水體積比為1∶1，分別改變SDS、正丁醇和Na2CO3的濃度，得到相態(tài)圖和增溶參數(shù)圖。

圖1 SDS 濃度對微乳液的影響Fig.1 Effect of SDS on microemulsion

在表面活性劑濃度低于臨界膠束濃度時(shí)，活性劑主要濃集在油水界面上，用來降低界面張力。隨表面活性劑濃度增加，開始在水中形成膠束，會使一部分油增溶到非極性的膠束核心中。從圖2a 和b可以看出，在SDS 濃度高于0.4%時(shí)，隨微乳液聚集數(shù)增加，SPw和SPo都開始快速增加。當(dāng)濃度達(dá)到3%時(shí)，SPw=SPo，△V=0，達(dá)到最佳中相。

圖2 正丁醇濃度對微乳液的影響Fig.2 Effect of n-butanol on microemulsion

微乳液形成過程中，醇一部分參與形成界面復(fù)合膜，一部分在油相和水相中使得兩相性質(zhì)得到改善。從圖2a、b 可以看出，正丁醇濃度達(dá)到6%時(shí)，開始形成中相微乳液。這是由于隨正丁醇濃度的增加，復(fù)合膜電荷密度下降，液滴間易于接近和聚結(jié)，使得復(fù)合膜的強(qiáng)度增加，SPo增加，微乳液富集相從下相中分離出來形成了中相。當(dāng)濃度大于7.8%時(shí)，正丁醇和SDS 開始大量進(jìn)入油相中，中相微乳液被破壞，形成上相微乳液。SPw=SPo的交點(diǎn)處的最佳醇濃度和正交實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)果基本一致。

圖3 Na2CO3 濃度對微乳液的影響Fig.3 Effect of Na2CO3 on microemulsion

由圖3a 可知，在Na2CO3濃度低于1.7%時(shí)，微乳液為下相。隨濃度增加，微乳液聚集數(shù)增大，對油的增溶能力增大，液滴間的斥力降低，更有利于微乳液液滴聚集，使得微乳液富集相從下相中分離出來，形成了中相微乳液。當(dāng)濃度高于3%時(shí)，微乳液中表面活性劑析出進(jìn)入油相的量增加，由中相微乳液變成了上相。圖3b 表示，油水相的增溶參數(shù)在中相區(qū)相交，交點(diǎn)處有SPw=SPo=SP*，△V=0，對應(yīng)的最佳鹽度為3%，與正交實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果相一致。

2.2 驅(qū)油效果

在確定最佳中相微乳液驅(qū)油體系的基礎(chǔ)上，通過對比以最佳中相微乳液（4.34%SDS/6.95%正丁醇/2.17%Na2CO3/地層水/煤油）為驅(qū)替劑，和表面活性劑（4.34%SDS/地層水）為驅(qū)替劑，研究了體系的驅(qū)油效果。如表2 所示，最佳中相微乳液驅(qū)油效果較好，水驅(qū)后，開展微乳液驅(qū)油提高采收率44.5%。

表2 驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Experimental results of the displacement test

在巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中，形成油墻是很重要的驅(qū)替機(jī)理。中相微乳液可大幅度降低界面張力，減少油滴形變的阻力，使得圈閉油滴更容易通過頸口處，聯(lián)合聚并并最終形成油墻。油墻通過巖心移動，便會積聚其他的剩余油，像“滾雪球”一樣，而達(dá)到很高的采收率。在圖4 中，當(dāng)注入0.5PV 的中相微乳液- 聚合物段塞時(shí)，在巖心出口端見到了不含水的油墻，使得化學(xué)驅(qū)最終提高采收率44.5%，最終剩余油飽和度降到16.7%。

在形成油墻后，使得殘余油飽和度降低，流度比朝小于1 方向流動，近視活塞驅(qū)替，大幅度降低含水率，見圖4。

圖4 微乳液驅(qū)的注入壓力、含水率和采收率變化Fig.4 Change of injection pressure, moisturecontent and recovery

3 結(jié)論

（1）以微乳液體系中剩余油相和剩余水相體積差|Vo-Vw|=△V 為評判指標(biāo)，采用正交實(shí)驗(yàn)獲得了最佳微乳液體系配方為：CSDS=4.34%、C正丁醇=6.95%、CNa2CO3=2.17%；

（2）采用Winsor 相圖法，分別對SDS、正丁醇和Na2CO3濃度掃描，隨SDS 濃度增加，中相體積越來越大，最后形成單相；隨正丁醇和Na2CO3濃度增加，微乳液經(jīng)歷下相、中相和上相轉(zhuǎn)變，增溶參數(shù)SPw和SPo在最佳醇/鹽濃度相交；掃描得到的最佳SDS、正丁醇和Na2CO3濃度和正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)選的最佳濃度相一致。

（3）巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)表明，制備的最佳中相微乳液能夠在水驅(qū)后再提高采收率44.5%，最終剩余油飽和度降到16.7%，含水率也可以降到很低程度。

［1] 李干佐,郭榮.微乳液理論及其應(yīng)用［M].北京:石油工業(yè)出版社,1995.10.

［2] 陳詠梅,王涵惹,俞稼鋪.石油磺酸鹽體系中相微乳液研究［J].物理化學(xué)學(xué)報(bào),2000,16（8）:724-728.

［3] Rong Guo,Xun Wei,Tianqing Liu,Investigations of Capacitance for Sodium Dodecyl Sulfate/Benzyl alcohol/H2O Microemulsion, Colloids and Surfaces A,2006,277：59-62.

［4] Tianqing Liu,Jianxin Xu,Rong Guo,Determination of the ElectrochemicalDiffusionCoefficientofMethyleneBlueinSDS/n-C5H11OH/H2O System by Non-probe Microelectrode Voltammetry, Colloid Polym.Sci.,2006,284：788-794.

［5] 郝京誠,汪漢卿,魯潤華.微乳液相行為和微觀結(jié)構(gòu)的研究［J].中國科學(xué)（B 輯）,1997,27（2）:131-132.