大慶油田三元復合驅(qū)油體系相行為研究

1.1 儀器與試劑

500型旋滴界面張力儀(美國);癸烷和十一烷(分析純),大慶產(chǎn)航空煤油和第三采油廠原油｡

1.2 實驗方法

配制好各試劑的母液,表面活性劑濃度以水相計｡按量加好試劑并密封,置于45℃的恒溫箱中平衡｡

2實驗結(jié)果討論

2.1 低濃度表面活性劑體系相態(tài)及其影響因素研究

2.1.1 表面活性劑ORS41的CMC值測定

應用K12表面張力儀在蒸餾水中測定的CMC值在0.01%~0.02%之間｡可見此種表面活性劑的臨界膠束濃度比較低｡

2.1.2 相態(tài)實驗所用油相的選擇

油相的選擇是影響相態(tài)實驗結(jié)果的非常重要的條件｡在固定NaOH濃度為1.0%,模擬礦化度為7000mg L,變ORS41濃度測試了不同油界面張力變化情況,發(fā)現(xiàn)選用癸烷和煤油做相態(tài)實驗都可以較好地模擬大慶原油(圖1)｡

2.1.3 低表面活性劑濃度的影響

實驗條件為油相采用煤油,WOR為1,固定NaOH濃度為1.0%,NaCl濃度為0.7%｡表面活性劑濃度變化從0.05%~1 00%｡體系一個月后逐漸穩(wěn)定｡

結(jié)果發(fā)現(xiàn),即使非常低的表面活性劑濃度也存在表面活性劑在油水界面上的富集層｡且隨著表面活性劑濃度增加,中間相體積增大｡

2.1.4 堿濃度的影響

在水相聚合物濃度為0.12%,油水比為1∶1,礦化度為4500mg L,表面活性劑ORS41濃度為0.3%｡堿(NaOH)濃度由0%到1.5%變化情況下做相態(tài)實驗。

隨著堿濃度的增加,使相態(tài)由下相→中間相→上相(l→m→u)｡其中表面活性劑分布從下相→中間相→上相｡在低堿濃度時,活性劑分散在水溶液中,形成乳白色溶液｡中等堿濃度時,形成表面活性劑富集中間相,此相體系呈乳白色不透明半穩(wěn)定狀態(tài)｡當高堿濃度時,形成透明的上相溶液｡長期放置高堿體系出現(xiàn)表面活性劑結(jié)晶析出｡

在考察界面張力時,取堿濃度為0.8%時形成的中間相,測其與平衡油相的界面張力,發(fā)現(xiàn)沒有油柱存在,測不到界面張力｡估計界面張力至少在10^-6以下｡配制此驅(qū)油體系測其與原油的界面張力為1.35×10^-4mN m｡測高(1.4%)､低(0.1%)堿濃度時,相態(tài)為兩相的上下兩相間的界面張力分別為8.031×10^-2mN m和1.027×10^-2mN m｡

對中間相和下相表面活性劑濃度進行的分析表明,中間相的表面活性劑濃度比較高(表1)｡

2.1.5 鹽濃度的影響

在固定堿濃度分別為0%､0.4%､0.8%的條件下,做了含鹽量掃描實驗｡油水比為1∶1,表面活性劑濃度為0.3%｡

隨著含鹽量的增加,相態(tài)由下相→中間相→上相(l→m→u)｡且隨著NaOH濃度的加大,形成表面活性劑富集中間相的含鹽量向低濃度移動,且隨著堿濃度的增加形成中間相的含鹽量范圍變寬,中間相體積變大,增溶油的能力增強,而且增溶水的能力也變好｡

考慮到油相對相態(tài)的影響,又使用癸烷和原油兩種油相做了實驗,并給出具有代表性的相態(tài)實驗結(jié)果和界面張力測試結(jié)果,見表2｡

可見,油相的不同在界面張力值上是有一定差別的,但把模擬油所做的相態(tài)實驗和原油與驅(qū)油體系的界面張力聯(lián)系起來看,發(fā)現(xiàn)與模擬油能形成中間表面活性劑富集相的驅(qū)油體系才能與原油形成超低界面張力｡

2.1.6 醇的種類對最佳含鹽量的影響

按磺酸鹽∶醇=3∶1的重量百分比分別加入異丙醇､正丁醇､正戊醇､正辛醇｡在活性劑和醇總濃度為0.3%,NaOH濃度為0 8%,油水比為1∶1時進行含鹽量掃描｡發(fā)現(xiàn)4種醇在一定的含鹽量范圍內(nèi)都形成了表面活性劑富集中間相｡并且隨著鹽濃度的增加,表活劑的分布由l→m→u變化｡同時發(fā)現(xiàn)隨著醇碳數(shù)的增加,最佳含鹽量范圍向較低的含鹽量移動｡加入異丙醇的表面活性劑體系,在NaCl濃度0.1%~1.4%范圍時存在中間相｡而在NaCl濃度為0.8%~0.9%時表面活性劑中間相分相最好｡可以認為此為最佳含鹽量｡加入正丁醇的表面活性劑體系,NaCl濃度為0 5%~0 6%時分相特別好,上下相均無色透明｡形成明顯的表面活性劑富集中間相｡加入正戊醇的表面活性劑體系,NaCl濃度為0.4%~0.6%時分相特別好,加入正辛醇的表面活性劑體系,NaCl濃度為0.1%~0.2%時分相特別好,形成明顯中間相｡

雖然表面活性劑濃度很低,醇加入后形成的中間相體積也比較小,但可以看到醇對相態(tài)的影響規(guī)律與高表面活性劑濃度體系一樣｡即影響表面活性劑在油水界面上的傳質(zhì)也影響最佳含鹽量｡醇對相態(tài)影響是篩選配方的一個重要條件｡

2.2 中間混合層的結(jié)構(gòu)分析和冷凍蝕刻透射電鏡研究

應用激光粒度分析方法測定了不同含鹽量的三個體系中間混合層的粒徑大小及其分布,見表3｡

從粒度分析實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),三個體系的粒徑分布有共同點,即尺寸在100nm以內(nèi)的粒子在中間層占有很大比例,均超過50%,對樣品1#更是達到90%以上｡而這個尺寸應該屬于膠束和微乳液的范疇｡所以可以斷定,中間層中存在大量的膠束和微乳液等表面活性劑的聚集體,它們可以使界面張力達到超低｡樣品1^#中10nm以內(nèi)的粒子很多,說明其中表面活性劑多形成膠束;樣品2#中多數(shù)粒子粒徑在10~100nm之間,說明其中微乳液結(jié)構(gòu)占主要地位;樣品3#中存在大量100nm以上的粒子,可能為微乳液和乳狀液結(jié)構(gòu)并存的結(jié)構(gòu)｡中間層與水相的界面張力也表明這一點,樣品2^#的界面張力最低,是由于其中含微乳液結(jié)構(gòu)的粒子最多｡根據(jù)以上分析可以認為,三元復合驅(qū)低濃度體系相行為中間混合層是膠束､微乳液､乳狀液共同存在的結(jié)構(gòu)｡

為了進一步驗證這一結(jié)論,對樣品2^#應用冷凍蝕刻透射電子顯微鏡技術(shù)進行了研究｡電鏡照片如圖2所示｡圖2(a)是放大2萬倍時的照片,可見其中有大小不同､近似為球形的粒子存在,大的粒子直徑可達1500nm,小的只有十幾個納米,直徑幾十個納米的粒子最多｡這些具有不同粒徑的球狀結(jié)構(gòu)表明,中間層中膠束､微乳液和乳狀液等表面活性劑聚集體共存,而且微乳液滴是主要結(jié)構(gòu)｡圖2(b)､(c)､(d)是對部分較大粒子放大3萬倍時的照片｡(b)中粒子為一個球,直徑約450nm;(c)中粒子是兩個球的結(jié)合體,直徑約1300nm;(d)中粒子是三個球的結(jié)合體,直徑約1500nm｡這說明相平衡是一種動態(tài)平衡,中間混合層的粒子在運動過程中能夠進一步發(fā)生聚集,形成兩個或三個球狀粒子的聚集體,但這樣大的聚集體數(shù)量很少,表明粒子聚集的機率并不大｡

3結(jié)論

(1)低濃度表面活性劑三元復合體系在合適的pH值和含鹽量下形成表面活性劑富集中間相,且中間相內(nèi)表面活性劑濃度較高｡配制這樣組成的三元體系與原油形成超低界面張力｡與原油形成中間乳化相｡但這種中間混合層不透明,油相為癸烷和煤油時中間相為乳白色,可以穩(wěn)定很長時間｡

(2)加入堿后使最佳含鹽量發(fā)生變化,同時使形成的中間相含鹽量范圍變寬｡這說明加入適量的堿有利于在比較寬的含鹽量范圍內(nèi)形成超低界面張力｡

(3)粒度分析和冷凍蝕刻透射電鏡技術(shù)表明,中間混合層為膠束､微乳液､乳狀液等表面活性劑聚集體共存的結(jié)構(gòu),其中微乳液結(jié)構(gòu)占主要地位｡

(4)中間表面活性劑富集相的形成及其結(jié)構(gòu)特征是控制驅(qū)油體系能否與原油形成超低界面張力的重要原因｡

參考文獻:

[1]廖廣志 大慶油田化學驅(qū)綜合研究[M] 北京:石油工業(yè)出版社,1998

[2]楊普華,楊承志 化學驅(qū)提高采收率[M] 北京:石油工業(yè)出版社,1988

[3]李干佐 微乳液理論及其應用[M] 北京:石油工業(yè)出版社,1995