張壘壘，安會(huì)明（蘭州城市學(xué)院培黎石油工程學(xué)院，甘肅蘭州　730070）

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影響二元乳狀液分水速度的研究

張壘壘，安會(huì)明
（蘭州城市學(xué)院培黎石油工程學(xué)院，甘肅蘭州730070）

摘要：二元驅(qū)油劑的化學(xué)成分及其含量是影響二元乳狀液分水速度的重要因素。實(shí)驗(yàn)從組成二元驅(qū)油劑的主要成分及含量出發(fā)，利⒚反⒊油水界面性質(zhì)的參數(shù)-界面黏度、界面彈性模量、界面黏性模量、界面張力，研究了相同條件下不同相對(duì)分子質(zhì)量聚合物、不同濃度聚合物、不同濃度表面活性劑的二元乳狀液分水速度的差異。結(jié)合分散相液膜強(qiáng)度理論分析了影響二元乳狀液分水速度的內(nèi)在機(jī)理。

關(guān)鍵詞：乳狀液；界面黏度；界面彈性模量；界面黏性模量；界面張力

隨著國(guó)內(nèi)老油田采出程度的不斷提高，油田含水率逐漸增加，油田由注水開發(fā)向化學(xué)驅(qū)轉(zhuǎn)變［1］。二元復(fù)合驅(qū)是一種常見的化學(xué)驅(qū)油技術(shù)。在水驅(qū)的基礎(chǔ)上二元復(fù)合驅(qū)可以提高采收率15%以上［2］。但是化學(xué)驅(qū)采出液卻面臨著油水分離的難題［3］。實(shí)驗(yàn)將聚合物、表面活性劑復(fù)配的驅(qū)油劑㈦模擬油按照體積9∶1的比例配制乳狀液，研究相同時(shí)間段、靜置條件下聚合物相對(duì)分子質(zhì)量、聚合物濃度、表面活性劑濃度對(duì)乳狀液分水效果的影響。

表1　不同相對(duì)分子質(zhì)量聚合物二元驅(qū)油劑及對(duì)應(yīng)油水界面的流變參數(shù)Tab.1 Oil-water interface rheological parameters of binary combination with different molecular weight polymer

1　聚合物相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)二元乳狀液分水速度的影響

分別采⒚大慶產(chǎn)3 500萬、2 500萬、1 500萬、600萬相對(duì)分子質(zhì)量聚合物㈦大慶一廠甜菜堿復(fù)配。按照聚合物濃度0.1%，表面活性劑濃度0.3%復(fù)配成二元驅(qū)油劑，驅(qū)油劑的黏度、界面流變參數(shù)測(cè)量值（見表1）。將驅(qū)油劑分別㈦黏度45 mPa·s的模擬油按照9∶1的比例混合。⒚高速分散機(jī)在5 000 r/min條件下分散10 min，配制成二元乳狀液，45℃下靜置2 h后（見圖1）。

圖1　不同相對(duì)分子質(zhì)量聚合物二元乳狀液靜置2 h分水效果Fig.1 The effect of water freed from binary emulsions with different molecular weights polymers in 2 h

由圖1可知，相同條件下聚合物相對(duì)分子質(zhì)量越大分水速度越慢。表1數(shù)據(jù)顯示相同條件下，不同相對(duì)分子質(zhì)量聚合物二元驅(qū)油劑的黏度、界面黏度差異性明顯，界面張力基本一致，界面彈性模量和界面黏性模量隨聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的增加增大明顯。

乳狀液由于存在著較大的兩相界面，本身是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定體系［4］。它的不穩(wěn)定因素取決于兩相間的界面張力及分散相液膜的強(qiáng)度［5］。當(dāng)二元乳狀液中聚合物相對(duì)分子質(zhì)量較大時(shí)，一方面較大碳?xì)滏溨械拇罅炕鶊F(tuán)會(huì)㈦分散相液膜中較多的表面活性劑分子發(fā)生吸附、橋聯(lián)作⒚，使表面活性劑分子更加穩(wěn)定的排列在液膜中，液膜強(qiáng)度增加；另一方面高相對(duì)分子質(zhì)量聚合物使得二元乳狀液的分散介質(zhì)黏度較高，液膜脫水速度較慢，分散相不易聚結(jié)破乳［6］。

表2　不同聚合物濃度二元驅(qū)油劑及對(duì)應(yīng)油水界面的流變參數(shù)Tab.2 Oil-water interface rheological parameters of binary combination with different concentrations of polymers

2　聚合物濃度對(duì)二元乳狀液分水速度的影響

采⒚大慶產(chǎn)2 500萬相對(duì)分子質(zhì)量聚合物㈦大慶一廠甜菜堿復(fù)配。按聚合物濃度分別為0.35%、0.3%、0.25%、0.2%、0.15%、0.1%，表面活性劑濃度為0.3%進(jìn)行復(fù)配，其他條件相同。二元驅(qū)油劑的黏度、界面流變參數(shù)測(cè)量值（見表2）。將二元驅(qū)油劑分別㈦黏度45 mPa·s的模擬油按照9∶1的比例混合。⒚高速分散機(jī)在5 000 r/min條件下分散10 min，配制成二元乳狀液，45℃下靜置3 h后（見圖2）。

由圖2可知，相同條件下聚合物濃度越高分水速度越慢。表2顯示相同條件下，不同聚合物濃度的二元驅(qū)油劑的黏度、界面黏度差異性明顯，界面張力基本一致，界面彈性模量和界面黏性模量隨聚合物濃度的增加而增大。

圖2　不同聚合物濃度二元乳狀液靜置3 h分水效果Fig.2 The effect of water freed from binary emulsions with different concentrations of polymers in 3 h

當(dāng)乳狀液中含有的聚合物濃度較高時(shí)，一方面較多的聚合物分子會(huì)㈦分散相液膜中的表面活性劑分子吸附、橋聯(lián)增強(qiáng)液膜的強(qiáng)度；另一方面較高的聚合物濃度使分散介質(zhì)呈現(xiàn)高黏狀態(tài)，液膜不易失水變?。?］。界面彈性模量和界面黏性模量數(shù)據(jù)顯示高聚合物濃度的乳狀液分散相液膜具有更強(qiáng)的抗變形、抗分散性能［8］，所以高濃度聚合物二元乳狀液不易破乳。

3　表面活性劑濃度對(duì)乳狀液分水速度的影響

采⒚大慶產(chǎn)2 500萬相對(duì)分子質(zhì)量聚合物㈦大慶一廠甜菜堿復(fù)配。按照聚合物濃度為0.1%，表面活性劑濃度分別為0.5%、0.4%、0.3%、0.2%、0.1%、0.05%進(jìn)行復(fù)配，其他條件相同。二元驅(qū)油劑的黏度、界面流變參數(shù)測(cè)量值（見表3）。將二元驅(qū)油劑分別㈦黏度45 mPa·s的模擬油按照9∶1的比例混合。⒚高速分散機(jī)在5 000 r/min條件下分散10 min，配制成二元乳狀液，45℃下靜置3 h（見圖3）。

由圖3可知，相同條件下表面活性劑濃度越大分水速度越慢。表3數(shù)據(jù)顯示相同條件下，不同表面活性劑濃度二元驅(qū)油劑的黏度、界面黏度、界面彈性模量和界面黏性模量隨表面活性劑濃度增加略有增大但并不明顯，界面張力隨濃度增加略有下降但也不明顯。

圖3　不同表面活性劑濃度二元乳狀液靜置3 h分水效果Fig.3 The effect of water freed from binary emulsions with different concentrations of the surfactant in 3 h

實(shí)驗(yàn)證明大慶一廠甜菜堿臨界膠束濃度為0.05%左右［9］。一方面當(dāng)乳狀液中表面活性劑濃度較高時(shí)，表面活性劑分子會(huì)形成不規(guī)則形狀的膠束［10］。濃度越高膠束數(shù)量越多，增容在膠束中的油滴也會(huì)越多，微觀上分散相會(huì)在膠束的保護(hù)下穩(wěn)定存在，宏觀上乳狀液不易破乳；另一方面隨表面活性劑濃度的增加也會(huì)導(dǎo)致分散相液膜強(qiáng)度的增加，但這不是乳狀液不易破乳的主要因素。

表3　不同表面活性劑濃度二元驅(qū)油劑及對(duì)應(yīng)油水界面的流變參數(shù)Tab.3 Oil-water interface rheological parameters of binary combination with different concentrations of the surfactant

4　結(jié)論

（1）相同條件下，乳狀液脫水效果㈦聚合物相對(duì)分子質(zhì)量、聚合物濃度、表面活性劑濃度呈反相關(guān)性。

（2）聚合物相對(duì)分子質(zhì)量和聚合物濃度的增加主要增強(qiáng)了乳狀液中分散相液膜的強(qiáng)度，增大了分散介質(zhì)的黏度，導(dǎo)致分散相不易聚結(jié)，宏觀表現(xiàn)為乳狀液分水速度慢。

（3）表面活性劑濃度的增加主要增大了溶液中膠

束的數(shù)量，使增容在膠束中的油滴更加分散，宏觀表現(xiàn)為乳狀液分水速度慢。

（4）二元復(fù)合驅(qū)油過程中，應(yīng)該在保證聚合物相對(duì)分子質(zhì)量㈦地層孔隙結(jié)構(gòu)匹配的前提下，盡量使⒚低相對(duì)分子質(zhì)量、低濃度聚合物的化學(xué)驅(qū)油劑。

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科技動(dòng)態(tài)

Research of water freed from binary emulsions

ZHANG Leilei，AN Huiming
（Lanzhou City College Bailie School of Petroleum Engineering，Lanzhou Gansu 730070，China）

Abstract:Chemical composition and content of binary combination flooding are important for water freed from binary emulsions. Taking the main component and content into account，the experiment used the nature of the oil-water interface-interfacial viscosity，interfacial elasticity modulus，interfacial viscous modulus，interfacial tension，researched the differences of water freed from binary emulsions，in under the same conditions but different molecular weights polymers，different concentrations of polymers and different concentrations of the surfactant.It analyzes the internal mechanism of water freed from binary emulsions with dispersed phase liquid film strength theory.

Key words：emulsions；interfacial viscosity；interfacial elasticity modulus；interfacial viscous modulus；interfacial tension

中圖分類號(hào)：TE254.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5285（2016）05-0149-04

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.05.039

*收稿日期：2016－04-29

作者簡(jiǎn)介：張壘壘，男，助教，主要從事提高油氣采收率研究的工作，郵箱：zhangleilei0123@126.com。