为了明确新疆油田三元复合驱采出液的乳化和破乳机理，研究了采用驱油剂（弱碱Na2CO3、表面活性剂KPS和聚合物HPAM）和破乳剂室内配制的三元复合驱模拟乳液的乳化和破乳情况。结果表明，弱碱Na2CO3浓度对模拟乳液与原油间的界面张力影响最为明显，当Na2CO3、KPS和HPAM浓度均为400 mg/L时，油水界面张力从13.957 mN/m降至0.018 mN/m。表面活性剂KPS对模拟乳液的Zeta电位降低作用明显，当表面活性剂加量为600 mg/L时，乳液的Zeta电位从-31.5 mV降至-53.6 mV；聚合物HPAM对模拟乳液的黏度影响显著，而碱和表面活性剂对模拟乳液的黏度影响不明显。低的界面张力、强的负电性、高的乳化程度和大的水相黏度共同导致三元复合驱乳液稳定性增强。在三元复合驱乳液的破乳过程中，油水界面张力和Zeta电位均显著升高，且升高程度与破乳效果的好坏呈现正相关性。AR型破乳剂对新疆油田三元复合驱采出液的破乳效果最佳。

关键词：
        三元驱采出液；稳定性；破乳；新疆油田

 

        碱/表面活性剂/聚合物（ASP）三元复合驱比水驱提高采收率20个百分点以上，成为最具有应用前景的三次采油技术之一。目前国内外的研究主要集中在三元复合驱机理和乳状液的稳定性方面，有关三元复合驱破乳机理的研究也只是注重破乳剂对原油乳状液破乳的影响。对于三元复合驱的乳化机理尤其是弱碱三元复合驱采出液的破乳机理的研究没有形成系统的理论。因此，研究三元复合驱采出液的乳化和破乳机理对油田的生产开发过程中破乳剂的筛选等工作具有指导意义。

        目前，新疆油田开展的弱碱三元复合驱累积产油已逾 13 万吨，暂可与其他采出液混掺进行处理，若三元驱采出液产量增加，势必会对现有的处理工艺造成影响。本工作以新疆油田某区块为研究对象，探讨了弱碱三元复合驱体系中的弱碱、表面活性剂和聚合物对采出液乳化的影响及多种破乳剂对采出液的破乳效果，为以后新疆油田三元复合驱矿场试验提供技术支持。

1      实验部分

1.1   材料与仪器

        表面活性剂石油磺酸盐 304（KPS 304），工业级，新疆克拉玛依金塔公司；部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），相对分子质量2.5×108，水解度25%，工业级，北京恒聚化工集团有限责任公司；Na2CO3、NaCl、MgCl2、KCl，分析纯，天津市盛奥化学试剂有限公司；NaHCO3、Na2SO4、CaCl2，分析纯，天津市致远化学试剂有限公司。文中使用的破乳剂均是非离子型破乳剂，分别为聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚型非离子破乳剂（AP型）（破乳剂编号：1#、2#、3#、4#，EO占比分别为：20%、30%、40%、50%）、聚氧乙烯聚氧丙烯十八醇醚非离子破乳剂（SP型）（破乳剂编号：10#、11#、12#、13#、14#、15#、16#，EO 占比分别为：5%、10%、20%、30%、40%、50%）和氧乙烯聚氧丙烯聚醚型二段型非离子破乳剂（AE型）（破乳剂编号：17#、18#、19#、20#、21#，EO占比分别为：10%、20%、30%、40%、50%），购自荆州市天合科技化工有限公司，工业级；酚醛树脂型非离子破乳剂（AR 型）（破乳剂编号：5#、6#、7#、8#、9#，EO占比分别为：10%、20%、30%、40%、50%），购自石家庄聚业化工助剂有限公司，工业级。

         新疆油田七东区脱水脱气原油，原油中饱和烃、芳香烃、非烃和沥青质的组分含量分别为：68.12%、8.7%、4.93%和3.77%，黏度6.5 mPa·s（地层温度为34.1℃）。模拟地层水矿化度11659.93 mg/L，主要离子质量浓度（mg/L）：Na++K+ 2702.61，Ca2+ 61.76，Mg2 + 18.85，Cl- 1682.60，CO32- 0 ，HCO3- 4286.46，SO42-193.02。T10高速剪切乳化仪（德国艾卡公司）；Zetasizer Nano-ZS型纳米粒度及Zeta电位分析仪（英国马尔文公司）；TX-500型界面张力仪（美国盛维公司）；MARSI型流变仪（德国哈克公司）。

1.2    实验方法

1.2.1 驱油剂体系的配制

        用模拟水分别配制4000 mg/L的Na2CO3溶液、3000 mg/L 的表面活性剂 KPS 溶液、1200 mg/L 的HPAM 溶液。将 Na2CO3溶液和 KPS 溶液用平均孔径为 0.45 μm 的滤膜过滤，将 HPAM 溶液用乳化仪剪切，然后用平均孔径为 0.45 μm 滤膜过滤。用模拟水稀释、配制出不同ASP含量的驱油体系。

1.2.2   界面张力测定

           在34.1℃下，用界面张力仪测定不同驱油剂体系与原油间的界面张力。

1.2.3   Zeta电位测定

          向驱油体系中按油水比1∶4的比例加入油样，水浴恒温一定时间后，用乳化仪乳化5 min，配制得不同驱油剂浓度的模拟乳液，然后在室温下静置沉降 2 h 后，用注射器从瓶底部抽取一定水样，注入Zeta电位测定仪的测量皿中，在34.1℃下的测定样品的Zeta电位。

1.2.4  黏度测定

         将按照 1.2.3 节配制的模拟乳液静止 2 h，然后取富水相，在25℃下测定富水相的黏度。

1.2.5 破乳实验

          向按 1.2.3 节配制的模拟乳液（碱 200 mg/L、聚合物 200 mg/L、表面活性剂 200 mg/L，油水比1∶4）中分别加入 100 mg/L 的破乳剂，40℃下水浴静置，观察不同时间内的脱出水的体积，并测定脱出水中的含油量，同时测定破乳后下层水的Zeta电位。此外，按照1.2.1配制不同驱油剂浓度的溶液，分别加入100mg/L的破乳剂，在34℃下用界面张力仪测定加入破乳剂后驱油体系与原油间的界面张力。

2      结果与讨论

2.1  驱油剂浓度对界面张力的影响

       驱油体系与原油间的界面张力如图1所示。

 

            

        从图 1 可知，随着碱 Na2CO3 浓度增加（图 1-a 和图1-b），油水界面张力迅速降低，这是因为油滴在膨胀和表面扩张过程中，碱与原油中的有机酸等物质反应生成的表面活性物质降低了油水界面张力。同样的，随着表面活性剂 KPS 浓度增加（图 1-c 和图1-d），油水界面张力迅速降低，这是因为KPS可吸附在油水界面上形成吸附膜而使界面张力降低。随着聚合物PAM浓度增加（图1-e和图1-f），油水界面张力未表现出对应的变化规律，说明聚合物浓度变化对油水界面张力的影响不大，聚合物对油水界面张力的作用，主要是由聚合物产品中的碳酸钠等杂质所造成。

2.2    驱油剂浓度对Zeta电位的影响

         驱油剂浓度对油水界面Zeta电位的影响如图2所示。

          
        从图2-a可知，Zeta电位随碱加量增大先降低而后升高，在KPS和HPAM浓度均为0 mg/L时，Zeta电位极小值对应的碱加量为 400 mg/L，在 KPS 和HPAM浓度为400 mg/L时，Zeta电位极小值对应的碱加量为200 mg/L。碱含量较低时，碱与原油中酸性物质发生进行皂化反应生成阴离子表面活性物质，使油水界面上的负电荷密度浓度增大，Zeta电位降低；碱含量较高时，碱对油水界面扩散双电层的压缩作用，使Zeta电位反而升高。Zeta电位随表面活性剂 KPS 加量的增大而降低，这是由于随着KPS 的加入，表面活性剂可吸附在油水界面上，使油水界面上的负电荷密度浓度增加，Zeta电位下降，但KPS浓度超过400 mg/L后，油水界面对表面活性剂的吸附已经接近饱和，再增加KPS浓度时Zeta电位变化不大。随HPAM浓度的增加，Zeta电位先升高后降低，其原因在于HPAM的加入可阻碍界面膜的形成，导致界面上带电粒子减少，Zeta电位升高；但是，随着 HPAM 浓度的继续的增加，溶液黏度增加，电导率增加，油珠淌度减小，Zeta电位降低。

2.3   驱油剂浓度对黏度的影响

        驱油剂浓度对乳液富水相黏度的影响见图3。

 

                

        由图3可知，HPAM浓度对三元复合驱采出液富水相 黏 度 的 影 响 最 大 ，同 时 在 KPS（400 mg/L）和HPAM（400 mg/L）存在的条件下，碱的加入也能一定程度上提高乳液富水相的黏度，这是由于加入碱后HPAM分子中的—COOH变成—COO-，电离强度增加，同性电荷相斥，使分子链伸展，因此乳液富水相的黏度也变大。由斯托克斯定律可知，油珠上浮的速度与水相黏度成反比。当水相成为高黏度连续相时，油珠上浮和悬浮固体下沉的速度减慢，导致乳液油水分离速率下降，最终使三元复合驱采出液油水乳状液稳定性增强。

2.4   破乳剂对乳液界面张力的影响

        为了解破乳剂的破乳效果与界面电位的关系，分别向模拟乳液（碱200 mg/L、聚合物 200 mg/L、表面活性剂 200 mg/L，油水比 1∶4）加入 100 mg/L 的不同破乳剂，测定脱水体积、水中含油率及油水界面张力，并以脱出水体积为 X 轴、水中含油量为 Y轴、油水动态界面张力为Z轴作三维分散图，结果如图4所示。

          

        在未加入破乳剂前，模拟乳液60 min后的动态界面张力为 0.396 mN/m，加入破乳剂后，除去两种单剂外，乳液的动态界面张力均有所增加。此外，破乳脱出水越多，水中含油量越低，破乳效果越好。从图4可知，由于不同破乳剂存在分子量和pH值等物化性质的差异，即便是同一类型的破乳剂其破乳效果也有较大差异。AR型破乳剂7#和9#以及AE型破乳剂的17#破乳效果较好。值得注意的是，除去SP型破乳剂的13#和和AE型的19#两种破乳剂外，所有破乳剂的破乳效果基本和乳液的动态界面张力呈正相关性，界面张力越高，破乳效果越好。其原因在于破乳过程中破乳剂分子是以单体形式吸附在油水界面上，其吸附量与界面张力成正比，且吸附量越高，破乳效果越好。

2.5   破乳剂对Zeta电位的影响

        以模拟乳液（碱200 mg/L、聚合物 200 mg/L、表面活性剂 200 mg/L，油水比 1∶4）加入 100 mg/L 的不同破乳剂后的脱出水体积为X轴，破乳后水中含油量为Y轴、破乳前后富水相（自然沉降水）Zeta电位为Z轴作三维分散图，具体如图5所示。

         

        从图5可知，在未加入破乳剂前，模拟乳液富水相 Zeta 电位为-49.5 mV，加入破乳剂后，均迅速增加至-35 mV以上。此外，模拟乳液破乳后脱出的水越多，水中含油量越低，该破乳剂的破乳效果越好。AR 型破乳剂 7#和 9#和 AE 型破乳剂的 17#破乳效果较好，AP型四种破乳剂其破效果均不理想。所有破乳剂的破乳效果基本和 Zeta 电位呈正相关性，破乳效果越好，其破乳后的 Zeta 电位便越高。综合 2.4节的结论，几种破乳剂对模拟乳液的破乳效果排序依次为：AR 型破乳剂＞AE 型破乳剂≈SP 型破乳剂＞AP型破乳剂。

 

3      结论

      （1）影响三元复合驱体系油水界面张力的主要因素是Na2CO3和KPS浓度，其中KPS浓度对界面张力的影响最为显著，HPAM在Na2CO3和KPS的存在下可使油水界面张力进一步降低.

      （2）驱油体系的Zeta电位随KPS浓度增加而降低，随Na2CO3浓度增加先降低后升高，随HPAM浓度的增加先升高后减低。

      （3）三元复合驱乳液水相黏度和聚合物浓度呈正相关；在 KPS 和 HPAM 存在的条件下，碱的加入也能一定程度上提高乳液富水相的黏度，致使三元复合驱体系的液滴间聚并困难而导致乳液稳定性增强。

     （4）新疆油田三元复合驱乳液与其他乳液并无本质区别，破乳剂的加入导致油水界面张力和Zeta电位均增加，液滴间的聚并和沉降加速，乳液破乳。油水界面张力和 Zeta 电位变化值愈越大破乳效果越好。AR型破乳剂对新疆油田三元复合驱采出液的破乳效果最佳。

 

 

 

原标题：新疆油田三元复合驱采出液乳化及破乳影响因素

原作者：斯绍雄   宫兆波   严 忠  王 雨   任召言   刘鹏飞  卜四民