勝利油田二元驅(qū)采出液中乳狀液的穩(wěn)定性研究

孫玉海，王　娟，馬天態(tài)，馬素俊，楊景輝，馮雷雷，馮　茜

(中國(guó)石化勝利油田采油工藝研究院，山東東營(yíng) 257000)

二元復(fù)合驅(qū)(表面活性劑+聚合物)作為重要的采油技術(shù)，具有驅(qū)油效率高的顯著特點(diǎn),近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。

二元復(fù)合驅(qū)原油中新型驅(qū)油用化學(xué)品的應(yīng)用及原油性質(zhì)的劣質(zhì)化，使得采出水乳化嚴(yán)重，油水分離不徹底，污水中含油量大；盡管采取了加大破乳劑及凈水劑用量，增加沉降時(shí)間等措施，但均未有效解決生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，采出液處理難度大[1-2]。

目前，對(duì)二元驅(qū)采出液的研究報(bào)道主要集中在采出液處理劑的研發(fā)[3-6]，而對(duì)于二元驅(qū)采出液中油水乳化的特性和穩(wěn)定性的原因鮮有報(bào)道。筆者針對(duì)勝利油田二元驅(qū)采出液乳狀液難以破乳的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)其油水特性分析研究，找出了影響乳液破乳的關(guān)鍵因素，可解決二元復(fù)合驅(qū)采出液的油水分離困難的現(xiàn)狀。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1　儀器與原料

恒溫水浴振蕩器；SVT20型視頻旋轉(zhuǎn)滴張力儀，Data physics公司；JB-3型定時(shí)恒溫磁力攪拌器，上海雷磁新涇儀器有限公司；1162型Zeta plus電位分析儀，美國(guó)Brookhaven公司；界面張力儀，法國(guó)IT Concept公司。

石油醚；氯仿；二元驅(qū)采出液，勝利油田孤島第四聯(lián)合站井排來(lái)液；二元驅(qū)采出液中的原油組分：飽和分和芳香分占60.70%、膠質(zhì)占30.53%、瀝青質(zhì)占8.77%；采出液的水質(zhì)離子，組成見(jiàn)表1。

表1　采出液水質(zhì)離子組成

1. 2　實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1水溶性聚合物(HPAM)含量的測(cè)定

采用淀粉-碘化鎘光度法[7-8]測(cè)定采出水中的HPAM的含量

1.2.2懸浮物(SS)含量的測(cè)定

懸浮物對(duì)乳液的穩(wěn)定性有重要的影響，因而研究其含量將是一項(xiàng)重要內(nèi)容，其含量的測(cè)定按照《中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(SY/T 5329—1994)》執(zhí)行。濾膜用蒸餾水浸泡、清洗后，放入烘箱烘干、冷卻后稱(chēng)重，再將濾膜裝到微孔濾器上過(guò)濾水樣，經(jīng)過(guò)濾膜烘干、沖洗、再烘干稱(chēng)重，記錄過(guò)濾前后濾膜重量，計(jì)算懸浮物的含量。

1.2.3二元驅(qū)原油乳狀液的界面張力測(cè)定

原油乳狀液的提?。红o置礦場(chǎng)二元驅(qū)采出液，用注射器取下層水樣，將水樣移入分液漏斗中，用200 mL石油醚分4次萃取水樣，每次都將洗取樣瓶后的石油醚倒入分液漏斗中并振蕩1～2 min；每次加入石油醚振蕩時(shí)，在分液漏斗的中部形成穩(wěn)定的乳化層，難以破乳，經(jīng)過(guò)4次萃取后，收集中間乳化層(見(jiàn)圖1)，對(duì)中間乳化層開(kāi)展穩(wěn)定性研究。用擴(kuò)張壓縮界面張力儀研究乳狀液的界面張力、界面彈性模量的變化規(guī)律與體系的穩(wěn)定性。

圖1　二元驅(qū)乳狀液

1.2.4二元驅(qū)乳狀液界面黏彈性的測(cè)定

用注射器取二元驅(qū)乳狀液裝入比色皿，在30 ℃測(cè)定溶液的界面黏彈性。

1.2.5二元驅(qū)溶液界面膜微觀結(jié)構(gòu)分析

用一次性針管吸取提取的二元驅(qū)乳狀液，滴在玻璃片上用(Nikon SMZ1500)光學(xué)顯微鏡直接觀測(cè)乳狀液形態(tài)。

1.2.6二元驅(qū)乳狀液Zeta電位分析

二元驅(qū)采出液經(jīng)過(guò)4 h的靜置，分離出上層原油，向燒杯中加入下層的二元驅(qū)采出水，用注射器取下層水進(jìn)行水中油珠的電位測(cè)定。

2　結(jié)果與討論

2.1　二元驅(qū)采出液中HPAM含量與采出液穩(wěn)定性的關(guān)系

表2　采出液水樣中HPAM的含量及相對(duì)分子質(zhì)量

從表2可以看出，采出液水樣中HPAM含量較高，文獻(xiàn)[9]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)聚合物濃度>80 mg/L時(shí)，聚合物在油水界面上的吸附趨于飽和，同時(shí)聚合物的體相黏度較大，對(duì)界面剪切黏度產(chǎn)生明顯的影響?，F(xiàn)試驗(yàn)采出液中HPAM含量已經(jīng)遠(yuǎn)超過(guò)80 mg/L，聚合物溶液本身的黏度對(duì)油水界面剪切黏度的影響超過(guò)聚合物吸附層對(duì)界面剪切黏度的影響。吳華等[10]研究還發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚丙烯酰胺相對(duì)分子質(zhì)量低于114×104時(shí)，其對(duì)采出液穩(wěn)定性無(wú)明顯影響。研究的采出液中HPAM的相對(duì)分子質(zhì)量遠(yuǎn)低于114×104。因而影響采出液穩(wěn)定性的根本因素是聚合物溶液自身的黏度，與分配系數(shù)關(guān)系不大。聚丙烯酰胺溶液的自身黏度越大，對(duì)采出液穩(wěn)定性的增強(qiáng)作用越明顯。

2.2　采出液中SS含量與乳狀液穩(wěn)定性的關(guān)系

采出液中SS的存在會(huì)起到固體顆粒乳化劑的作用，使乳狀液中分散液珠的聚并趨勢(shì)降低，起到穩(wěn)定乳狀液的作用。

表3　采出液中SS的含量

表3可以看出，二元驅(qū)采出水中SS含量很高，且溶液為均勻的深色，而用氯仿萃取脫除總有機(jī)物后，水樣的SS含量大大降低。過(guò)濾前水中含油量為134 mg/L，過(guò)濾后溶液含油量降為12.5 mg/L，說(shuō)明溶液中的油和有機(jī)物與固體顆粒之間存在較強(qiáng)的相互作用，或有機(jī)物質(zhì)以締合狀態(tài)存在，形成大的膠粒，無(wú)法透過(guò)濾膜，且這部分含油為穩(wěn)定的乳化油方式存在。同時(shí)研究人員[5]發(fā)現(xiàn)在低剪切下，HPAM 濃度對(duì)于采出液穩(wěn)定性影響較?。欢?dāng)溶液中含少量固體時(shí)，采出液穩(wěn)定性有所增加。因此，高含量的懸浮物和聚合物的協(xié)同作用，對(duì)采出液的油水分離造成很大的影響。

2.3　二元驅(qū)乳狀液的界面性能

在30 ℃測(cè)量勝利油田采出液二元驅(qū)乳狀液在一定時(shí)間內(nèi)的界面張力,結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2　二元驅(qū)乳狀液界面張力隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)

由圖2計(jì)算出二元驅(qū)乳化液的界面張力平均值為14.23 mN/m。從圖2可以看出，動(dòng)態(tài)界面張力隨時(shí)間變化幅度不大，相對(duì)比較穩(wěn)定。這說(shuō)明界面活性物質(zhì)在界面上的吸附穩(wěn)定，且所形成的界面膜具有一定的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度。

2.4　二元驅(qū)乳狀液界面黏彈性與其穩(wěn)定性關(guān)系

采用擴(kuò)張壓縮界面張力儀測(cè)定乳狀液的界面彈性模量，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3　二元驅(qū)乳狀液的界面黏彈性

從實(shí)驗(yàn)中計(jì)算得出界面彈性模量平均值為4.32 mN/m, 彈性分量0.64 mN/m, 黏性分量1.5 mN/m。由圖3可以看出，乳狀液的彈性模量較大，因而此膜的強(qiáng)度較高，有一定的抗剪切能力，其中的黏性分量占比重相對(duì)很大，可以確定該油水體系界面膜的膨脹變形中，黏性變形起主導(dǎo)作用。由此推斷，二元驅(qū)油水體系的穩(wěn)定性與界面膜的黏性有很大的關(guān)聯(lián)。這證明，乳狀液的穩(wěn)定性與溶液中聚丙烯酰胺的含量有直接關(guān)系。

2.5　二元驅(qū)溶液界面膜微觀結(jié)構(gòu)分析

二元驅(qū)乳狀液(見(jiàn)圖4)的乳化粒子非常小，經(jīng)測(cè)量粒徑約為2 μm；且乳狀液基本上水作為外相，油被包裹在里面，形成水包油型乳狀液，在油水界面上有一層比較厚的界面膜，這層厚的界面膜上吸附了固體顆粒。

圖4　為二元驅(qū)乳狀液的微觀形態(tài)照片

2.6　二元驅(qū)乳狀液Zeta與其穩(wěn)定性的關(guān)系

圖5為二元驅(qū)乳狀液在放置的過(guò)程中乳狀液照片，表4為二元驅(qū)乳狀液放置不同時(shí)間測(cè)得的水相Zeta電位。

圖5　二元驅(qū)乳狀液照片

參數(shù)時(shí)間1d2d7d30dZeta電位/mV-8.43-5.30-3.85-2.54

從表4中可以看出，乳狀液滴表面上是帶負(fù)電的。界面電荷理論認(rèn)為，乳狀液的液珠帶電，使液滴相互接近時(shí)產(chǎn)生排斥力，從而防止液滴聚結(jié)。因此，Zeta電位數(shù)值越大，乳狀液越穩(wěn)定；隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，二元驅(qū)乳狀液逐漸破乳，大約在7 d后全部破乳，同時(shí)乳狀液的Zeta電位值也逐漸減小，乳狀液中的懸浮物慢慢沉降，溶液逐漸變得澄清。這說(shuō)明當(dāng)乳狀液的Zeta電位值減小時(shí)，體系的穩(wěn)定變差小。從圖5可以看出，當(dāng)乳狀液體系破乳后，即乳化液珠的界面膜不存在后，乳狀液的Zeta電位是存在的，但此時(shí)它們的靜電穩(wěn)定對(duì)乳狀液穩(wěn)定性作用不大。結(jié)合分析可以看出，二元驅(qū)乳狀液之所以能夠穩(wěn)定存在，是有一層強(qiáng)度和厚度很大的界面膜，此膜的主要成分為HPAM和SS及少量的界面活性組分組成。

3　結(jié)論

1)通過(guò)對(duì)勝利油田二元驅(qū)采出液的組成分析，得出高SS和HPAM含量及兩者的協(xié)同作用，使固體顆?；蛴椭楸砻娴腪eta電位絕對(duì)值增大，乳狀液的穩(wěn)定性增強(qiáng)。

2)對(duì)勝利油田二元驅(qū)采出液乳狀液的特性研究發(fā)現(xiàn)，其穩(wěn)定性由界面膜和雙電層性質(zhì)決定的。界面膜性質(zhì)穩(wěn)定起主要作用，成膜物質(zhì)的界面活性低；且膜的強(qiáng)度和厚度大；在界面膜的膨脹形變中，黏性變性起到主要的作用，黏性的大小與溶液的體相黏度有關(guān)，即與聚丙烯酰胺的含量有直接關(guān)系。

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