影響二元乳狀液分水速度的研究

張壘壘，安會明（蘭州城市學院培黎石油工程學院，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，安會明
（蘭州城市學院培黎石油工程學院，甘肅蘭州730070）

摘要：二元驅油劑的化學成分及其含量是影響二元乳狀液分水速度的重要因素。實驗從組成二元驅油劑的主要成分及含量出發(fā)，利⒚反⒊油水界面性質的參數(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分子質量聚合物、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。結合分散相液膜強度理論分析了影響二元乳狀液分水速度的內在機理。

關鍵詞：乳狀液；界面黏度；界面彈性模量；界面黏性模量；界面張力

隨著國內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)向化學驅轉變［1］。二元復合驅是一種常見的化學驅油技術。在水驅的基礎上二元復合驅可以提高采收率15%以上［2］。但是化學驅采出液卻面臨著油水分離的難題［3］。實驗將聚合物、表面活性劑復配的驅油劑㈦模擬油按照體積9∶1的比例配制乳狀液，研究相同時間段、靜置條件下聚合物相對分子質量、聚合物濃度、表面活性劑濃度對乳狀液分水效果的影響。

表1　不同相對分子質量聚合物二元驅油劑及對應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　聚合物相對分子質量對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、600萬相對分子質量聚合物㈦大慶一廠甜菜堿復配。按照聚合物濃度0.1%，表面活性劑濃度0.3%復配成二元驅油劑，驅油劑的黏度、界面流變參數(shù)測量值（見表1）。將驅油劑分別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　不同相對分子質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分子質量越大分水速度越慢。表1數(shù)據(jù)顯示相同條件下，不同相對分子質量聚合物二元驅油劑的黏度、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分子質量的增加增大明顯。

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度［5］。當二元乳狀液中聚合物相對分子質量較大時，一方面較大碳氫鏈中的大量基團會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，液膜強度增加；另一方面高相對分子質量聚合物使得二元乳狀液的分散介質黏度較高，液膜脫水速度較慢，分散相不易聚結破乳［6］。

表2　不同聚合物濃度二元驅油劑及對應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　聚合物濃度對二元乳狀液分水速度的影響

采⒚大慶產(chǎn)2 500萬相對分子質量聚合物㈦大慶一廠甜菜堿復配。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%進行復配，其他條件相同。二元驅油劑的黏度、界面流變參數(shù)測量值（見表2）。將二元驅油劑分別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

當乳狀液中含有的聚合物濃度較高時，一方面較多的聚合物分子會㈦分散相液膜中的表面活性劑分子吸附、橋聯(lián)增強液膜的強度；另一方面較高的聚合物濃度使分散介質呈現(xiàn)高黏狀態(tài)，液膜不易失水變薄［7］。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　表面活性劑濃度對乳狀液分水速度的影響

采⒚大慶產(chǎn)2 500萬相對分子質量聚合物㈦大慶一廠甜菜堿復配。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%進行復配，其他條件相同。二元驅油劑的黏度、界面流變參數(shù)測量值（見表3）。將二元驅油劑分別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

實驗證明大慶一廠甜菜堿臨界膠束濃度為0.05%左右［9］。一方面當乳狀液中表面活性劑濃度較高時，表面活性劑分子會形成不規(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越多，微觀上分散相會在膠束的保護下穩(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導致分散相液膜強度的增加，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油劑及對應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　結論

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

（2）聚合物相對分子質量和聚合物濃度的增加主要增強了乳狀液中分散相液膜的強度，增大了分散介質的黏度，導致分散相不易聚結，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）二元復合驅油過程中，應該在保證聚合物相對分子質量㈦地層孔隙結構匹配的前提下，盡量使⒚低相對分子質量、低濃度聚合物的化學驅油劑。

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科技動態(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：TE254.4

文獻標識碼：A

文章編號：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。