甜菜堿體系對(duì)玉門(mén)油田界面張力影響規(guī)律研究

黃志剛，宋文玲，趙麗娟

甜菜堿體系對(duì)玉門(mén)油田界面張力影響規(guī)律研究

黃志剛，宋文玲，趙麗娟

（東北石油大學(xué)， 黑龍江 大慶 163318）

研究了新型甜菜堿表面活性劑復(fù)配體系對(duì)玉門(mén)油田油水界面張力的影響情況。通過(guò)使用Texas-500型界面張力儀,利用旋轉(zhuǎn)滴法測(cè)定了甜菜堿表面活性劑的水溶液與玉門(mén)油田脫水原油之間的界面張力，討論了活性劑濃度、堿的濃度、礦化度對(duì)甜菜堿復(fù)配體系油水界面張力的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明: 該甜菜堿活性劑與其它助劑有很好的協(xié)同作用，選擇合適的助劑與其復(fù)配可以很大程度上減少該甜菜堿活性劑的用量,降低經(jīng)濟(jì)成本。堿對(duì)界面張力的影響較大,當(dāng)堿濃度為0.8%時(shí)，可以使該復(fù)配體系與玉門(mén)原油油水界面張力達(dá)到10-3mN/m。

甜菜堿表面活性劑；復(fù)配體系；界面張力

目前,化學(xué)驅(qū)油法以采油率最高、應(yīng)用潛力最大受到全世界的廣泛關(guān)注[1]。油田在經(jīng)過(guò)一次開(kāi)發(fā)和二次注水開(kāi)發(fā)后,大量的殘余油以孤島狀或薄膜狀形式存在于地下儲(chǔ)層中。對(duì)于那些存在于地下的殘余油,主要受到毛管力和粘滯力的作用,采用表面活性劑驅(qū)降低油/水體系的界面張力是降低毛管力與粘滯力的有效方法之一,也是目前使用較廣泛的一種方法。因此有關(guān)表面活性劑的研究一直是較為活躍的研究領(lǐng)域[2-4]。而玉門(mén)油田先后投入開(kāi)發(fā)的有老君廟、鴨兒峽、石油溝、白楊河、單北、青西等六個(gè)油田,油田含油面積 60.4 km2,累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量33 697萬(wàn)t,有油井1039口,2003年生產(chǎn)原油70萬(wàn)t,截止2005年底,累計(jì)產(chǎn)油3 054萬(wàn)t,地質(zhì)儲(chǔ)量采出程度為23.65%,可采儲(chǔ)量的采出程度達(dá)77.33%[5]。為達(dá)到提高采收率的目的,進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究，篩選出了一種甜菜堿活性劑驅(qū)油體系,該驅(qū)油體系應(yīng)用范圍廣泛，已經(jīng)在大慶三類油層進(jìn)行了試用，可以在不同條件下顯著降低油/水界面張力值，達(dá)到預(yù)期的效果。為此，本文通過(guò)不同濃度甜菜堿活性劑與不同類型助劑、分散劑按一定比例復(fù)配，研究了表活劑體系濃度、堿和礦化度對(duì)該類表面活性劑油/水體系界面張力的影響規(guī)律，并確定了最佳體系配方以及適用于玉門(mén)油田的最佳條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

實(shí)驗(yàn)用油為玉門(mén)油田 F188井原油，油水密度差為0.14 g/cm3。助劑、分散劑、碳酸鈉，化學(xué)藥品均為分析純?cè)噭?jù)所給玉門(mén)油田礦化度數(shù)據(jù)表，其地層水總礦化度為11 764 mg/L，Ca2+濃度為915.4 mg/L，Mg2+濃度為1 632.4 mg/L（其主要離子含量、礦化度、水型見(jiàn)表1）。

對(duì)于礦化度較高的注入水樣品，一般驅(qū)油用的表活劑如烷基苯磺酸鹽、石油磺酸鹽、石油羧酸，其鹽溶解性均不好，即使有部分溶解，其溶液的界面活性也很差，為此我們對(duì)新型甜菜堿活性劑與不同類型助劑進(jìn)行了大量的復(fù)配試驗(yàn)，得到了一種溶解性和界面活性均較好的表面活性劑復(fù)配體系[6]。本文界面張力均在 21 ℃時(shí)測(cè)定，所涉及到界面張力值均取動(dòng)態(tài)界面張力平衡值。

1.2 甜菜堿活性劑體系篩選與復(fù)配試驗(yàn)

1.2.1 甜菜堿活性劑類型

選用有效濃度分別為 15%，20%，25%的不同類型新型甜菜堿活性劑與一定量的地層水混合，稀釋成濃度為0.05%的水溶液。將錐形瓶容器置于電磁振蕩儀上將溶液攪拌均勻，測(cè)量其與玉門(mén)油田F188井原油的界面張力，觀察其溶解性及界面張力變化規(guī)律，見(jiàn)表2。

通過(guò)篩選發(fā)現(xiàn)，濃度為25%的該類甜菜堿活性劑在玉門(mén)地層水中溶解性較好（但仍有少量油析出），且顯示出較好的界面活性，因此我們通過(guò)與其他助劑的復(fù)配對(duì)其界面活性進(jìn)行了進(jìn)一步考察，試圖改善其溶解性及界面活性。

1.2.2 甜菜堿活性劑濃度

將篩選出的有效濃度為25%的甜菜堿活性劑與一定量的模擬地層水混合，配制成濃度分別為0.05%、0.15%、0.3%和0.4%的甜菜堿表活劑溶液，與玉門(mén)油田 F188井原油混合均勻，測(cè)得其界面張力數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

由表3可知，隨甜菜堿表活劑濃度增加，油水界面張力逐漸降低，但后期增幅較小?？紤]到經(jīng)濟(jì)效益，推薦甜菜堿表活劑濃度為0.3%。

1.2.3 與助劑的復(fù)配試驗(yàn)

將配置好的水溶液（由正丙醇和蒸餾水以2∶1的比例配制而成）分別將濃度為100%的助劑R2-1，R2-2，R2-3，R2-4，R2-5，R2-6，EB20EO（原助活性劑）稀釋為有效濃度為25%，再將有效濃度為25%的甜菜堿活性劑分別與稀釋好的助劑以2∶1的比例進(jìn)行復(fù)配，并將該復(fù)配體系分別稀釋成濃度為0.05%、0.3%（該濃度為甜菜堿表活劑和助劑濃度之和）的水溶液，觀察其溶解性，并測(cè)得界面張力數(shù)據(jù)，見(jiàn)表4。

從表4可以看出，除了個(gè)別濃度點(diǎn)外，甜菜堿活性劑與其他助劑復(fù)配后界面活性有明顯改善。其中與助劑 R2-4復(fù)配后的效果最佳，隨著濃度從0.05%增至 0.3%,界面張力逐漸下降。當(dāng)濃度為0.05%時(shí),平衡界面張力為 7.12×10-3mN/m-1,濃度為0.3%時(shí),界面張力降低至6.40×10-3mN/m-1。復(fù)配后體系中存在的油相基本消失，溶解性變好。

1.2.4 與分散劑的復(fù)配試驗(yàn)

靜置一段時(shí)間后可以觀察到上述復(fù)配體系出現(xiàn)分層現(xiàn)象,為了防止絮凝分層，增加表活劑穩(wěn)定性，選取以上配置好的總濃度為25%的甜菜堿活性劑和助劑R2-4的復(fù)配體系分別與相同濃度的分散劑1、分散劑2按不同比例（9∶1，8∶2,7∶3）進(jìn)行復(fù)配，再稀釋成總濃度為 0.05%的甜菜堿復(fù)配體系。復(fù)配后體系溶解性以及界面張力的結(jié)果見(jiàn)表5。

觀察復(fù)配后的溶液可以發(fā)現(xiàn)，該甜菜堿活性劑復(fù)配體系與分散劑1復(fù)配后均出現(xiàn)分層現(xiàn)象，表活劑溶解性不佳，而與分散劑2復(fù)配后則消除了絮凝分層現(xiàn)象，增加了該復(fù)配體系的穩(wěn)定性,并且當(dāng)配比為9∶1時(shí)可以達(dá)到超低界面張力。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑復(fù)配體系界面活性和濃度的關(guān)系

為研究不同濃度表面活性劑復(fù)配體系界面張力變化，采用篩選后的甜菜堿表面活性劑體系分別稀釋到總濃度為0.05%、0.15%、0.3%和0.4%，測(cè)得其與玉門(mén)油田F188井原油界面張力變化情況，見(jiàn)圖1。

從圖中可以看出，相同濃度甜菜堿表活劑體系下，隨著時(shí)間的增加，界面張力先迅速降低又逐漸升高，最后趨于穩(wěn)定；隨著甜菜堿表活劑體系濃度的上升,初期界面張力值明顯降低，后期隨濃度增加界面張力值呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)。這是由于表面活性劑與原油間存在一個(gè)臨界膠束濃度,當(dāng)小于臨界濃度時(shí),吸附于油水界面的表面活性劑分子量少,隨著表活劑濃度增大，界面間表活劑吸附量也相應(yīng)增加，界面張力降低；當(dāng)大于臨界濃度時(shí)，油溶部分被增溶或者分布在油相中,相應(yīng)降低了單個(gè)分子的濃度和水溶性表面活性劑的表面濃度,因此界面張力不降反而有所增加[7]。

2.2 堿的濃度對(duì)界面張力的影響

從上述實(shí)驗(yàn)中我們可以看出，單純的甜菜堿活性劑復(fù)配體系與原油間很難形成 10-3mN/m數(shù)量級(jí)超低界面張力，必須加入一定的堿才能形成超低值[8]。為此，在25 mL不同濃度甜菜堿表活劑體系下分別加入0.1 g和0.2 g純固體NaCO3（堿濃度分別為 0.4%和 0.8%），充分溶解，測(cè)試其與玉門(mén)油田F188井原油界面張力變化情況，見(jiàn)圖2和圖3。

從圖2和圖3可以看出，堿濃度相同時(shí)，同樣可以得到隨著甜菜堿活性劑體系濃度的增加界面張力逐漸降低。能夠促進(jìn)界面張力的降低。對(duì)比圖1、圖2和圖3可以看出，不加堿時(shí)表活劑與原油的界面張力是6×10-2mN/m，而加堿后表活劑與原油的界面張力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于不加堿時(shí)的界面張力，可以達(dá)到8×10-3mN/m，并隨著堿濃度的增加，界面張力降低。這是由于玉門(mén)原油一般是酸性原油，原油中酸性物質(zhì)與水相中的堿反應(yīng)，在其反應(yīng)界面上生成界面活性物質(zhì)，使界面張力進(jìn)一步降低。

2.3 礦化度對(duì)界面張力的影響

為了確定該甜菜堿活性劑的適用性,特別是礦化度對(duì)活性劑性能的影響,本文根據(jù)目標(biāo)儲(chǔ)層注入水離子含量比例，分別配制不同礦化度的模擬地層水,用該模擬地層水分別配制濃度為0.05%、0.15%、0.3%的甜菜堿表活劑體系溶液，測(cè)定21℃條件下其油/水體系界面張力的變化規(guī)律，見(jiàn)表6。

從表6中可以看出,相同濃度甜菜堿表活劑體系下，隨溶劑水礦化度的增大，油水界面張力升高，但當(dāng)表活劑體系濃度相對(duì)較高時(shí)，礦化度對(duì)界面張力的影響較小，儲(chǔ)層適應(yīng)性較好。同時(shí)可以看出，濃度為 0.3%該表面活性劑體系在礦化度為 2 000～10 000 mg/L范圍內(nèi),均可形成超低界面張力,表明該表面活性劑具有很好的抗鹽性能。

3 結(jié) 論

（1）隨甜菜堿表活劑濃度增加，油水界面張力值降低；助劑與分散劑的加入，可以大大降低表活劑的使用量，防止復(fù)配體系的絮凝沉淀。

（2）隨甜菜堿表活劑體系濃度增加，油水界面張力穩(wěn)定值呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)；隨加入堿濃度增加，與原油中酸性物質(zhì)但應(yīng)生成活性物質(zhì)，使界面張力進(jìn)一步降低。

（3）當(dāng)溶劑水礦化度在2 000 ～10 000 mg/L范圍內(nèi)，該甜菜堿表活劑體系仍能與原油形成超低界面張力，具有良好的抗鹽性能。

（4）對(duì)于玉門(mén)油田儲(chǔ)層流體性質(zhì)，建議該甜菜堿表活劑體系總濃度為0.3%，堿濃度為0.8%，該配方可以達(dá)到油田要求的超低界面張力。

［1］ 賈忠偉,楊清彥,侯戰(zhàn)捷,等.油水界面張力對(duì)三元復(fù)合驅(qū)驅(qū)油效果影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā),2005,24(5):79-81.

［2］ 李干佐,沈強(qiáng),鄭立強(qiáng).新型驅(qū)油用表面活性劑天然混合酸鹽[J].油田化學(xué),1999,19(1):58-59.

［3］ 劉軍,徐桂英,李一鳴,等.十二烷基磺基甜菜堿與其它類型表面活性劑的相互作用[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版),2005,40(3): 90-94.

［4］ 張志慶,徐桂英,肖莉,等.十二烷基甜菜堿/十二烷基硫酸鈉復(fù)配體系與原油間的界面張力[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版), 2002, 37(2): 153-157.

［5］ 李道山,劉忠福.犧牲劑降低表面活性劑吸附損失研究[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā), 2000, 19(3):20-23.

［6］ 吳文祥,閆偉.劉春德.磺基甜菜堿 BS11的界面特性研究[J].油田化學(xué),2007,24(1):57-59.

［7］ 張逢玉,盧艷,韓建彬.表面活性劑及其復(fù)配體系在三次采油中的應(yīng)用[J].石油與天然氣化工,1999,28(2):130-132.

［8］ 趙國(guó)璽.表面活性劑物理化學(xué)[M].北京:北京大學(xué)出版社,1991.

Research on Effect of Betaine Surfactant on Yumen Oil Interfacial Tension

HUANG Zhi-gang，SONG Wen-ling，ZHAO Li-juan
（Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China）

Effect of a new type of betaine surfactant compound system on oil-water interfacial tension in the yumen oilfield was studied. Through use of Texas-500 interface tensiometer, spinning drop method was applied to determine the interfacial tension between betaine surfactant aqueous solution and dehydrated crude oil from yumen oilfield, the influence of the surfactant concentration, alkali concentration, and salinity on the interfacial tension of betaine distribution system was discussed. The experimental results show that: the betaine surfactant has good synergy with other additives, compounding suitable auxiliaries and betaine surfactant can largely reduce the quantity of the betaine surfactant to reduce the economic cost;the influence of alkali on the interfacial tension is bigger, when the alkali concentration is 0.8%, the oil/water interfacial tension between the betaine surfactant compound system and Yumen crude oil reaches 10-3mN/m.

Betaine surfactant; Composite system; Interfacial tension

TE 357

： A

： 1671-0460（2015）04-0907-04

2014-11-17

黃志剛，男，碩士研究生，主要從事提高原油采收率方面研究。E-mail：zhigangjiayou@sina.com。

宋文玲，女，黑龍江大慶人，副教授，主要從事提高原油采收率方面研究。E-mail：wenling417@126.com。