预交联聚合物凝胶颗粒对乳状液稳定性影响

第23卷 第2期 石油化工高等学校学报 V o l.23 N o.2 2010年6月 JOU RN A L OF PET RO CHEM ICA L U NI VERSIT IES Jun.2010文章编号:1006-396X(2010)02-0029-05预交联聚合物凝胶颗粒对乳状液稳定性影响林梅钦, 田 丹, 林 云, 王 浩, 李明远(中国石油大学提高采收率研究中心,北京102249)摘 要: 用界面张力仪、表面粘弹性仪和Zeta电位仪测定了胜利孤东原油模拟油与含预交联聚合物凝胶颗粒溶液间的界面特性,并研究了预交联聚合物凝胶颗粒浓度对这些界面特性及乳状液稳定性的影响。

结果表明,去离子水中加入预交联聚合物凝胶颗粒后,去离子水及模拟水与原油模拟油间的界面张力和界面剪切粘度及油滴表面的Zeta电位绝对值均增大,原油与预交联聚合物凝胶颗粒溶液间所形成的W/O型和O/W型乳状液稳定性均随聚合物凝胶颗粒浓度增加而增强。

关键词: 预交联聚合物凝胶颗粒; 界面张力; 界面剪切粘度; Zeta电位; 乳状液中图分类号: O647 文献标识码:A doi:10.3696/j.issn.1006-396X.2010.02.008Influence of Preformed Part icle Gel on O il-WaterInterfacial Propert ies and Emulsion StabilityLIN M ei-qin,T IAN Dan,LIN Yun,WANG H ao,LI Ming-yuan(Enhanced Oil Recov er y Resear ch Center,China Univer sity of Petr oleum,Beij ing102249,P.R.China)Received29J anuar y2010;rev ised1A p r il2010;accep ted21A p r il2010Abstract: I nter facial pro per ties bet ween Shengli G udong mo del oil and pr eformed particle g el so lution w ere investig ated w ith inter facial tensiometer,inter facial v isco elastometer and Zeta potential instrument.M eanwhile,the effects o f the concentr ation of pr efo rmed pa rticle gel so lutio n o n inter facial pr operties and emulsio n stability w ere r esear ched.T he results indicate that t he inter facial tension,t he interfacial shear v isco sity and the absolute v alue of Zeta po tential bet ween deio nized w ater/for mation w ater and mo del oil increase w ith addition o f prefor med part icle g el.T he stability o f wat er-in-oil and oil-in-w ater emulsio n for med by cr ude o il and prefo rmed particle g el solution enhances as the concentr ation of the prefor med pa rticle g el solut ion increases.Key words: P refor med particle gel;Inter facial tension;I nter facial shear v isco sity;Zeta potential;Emulsio nCor respo nding autho r.T el.:+86-10-89734145;fax:+86-10-89734145;e-mail:linmq@胜利孤东油田已进入高含水中后期开发阶段,为了提高采收率,开始使用三次采油技术来提高采收率。

目前孤东油田采用的是二元复合驱技术,即聚合物-表面活性剂驱提高原油采收率[1]。

所使用的聚合物为部分水解聚丙烯酰胺,其在水中溶解后可以较大幅度地提高驱替相的粘度,降低水油流度比,提高波及系数,从而提高原油采收率[2]。

而表面活性剂能够降低油水界面张力,增加洗油效率,因此聚合物-表面活性剂二元复合驱既可以提高波及系数,又可以增加洗油效率,从而能够较大幅度提高原收稿日期:2010-01-29作者简介:林梅钦(1965-),男,福建福州市,副教授,硕士。

基金项目:国家重大科技专项资助(2008ZX05011)。

油采收率[3]。

但由于孤东七区西区块油藏渗透率级差较大,油藏中存在水窜大孔道[4],这些水窜大孔道的存在,会使注入的聚合物-表面活性剂二元体系沿着这些大孔道发生早期突破,从而极大地影响到二元复合驱的提高采收率效果。

为此,在孤东七区注二元复合体系前,预先注入了预交联的聚合物凝胶颗粒,这些凝胶颗粒分散到水中溶胀后具有较好的封堵性能[5],可以封堵地层中的水窜大孔道,使地层非均质性得到一定的改善,后续注入的聚合物-表面活性剂进入含油的低渗透层,提高原油采收率。

但是在提高采收率的同时,油田采出水中也含有了预交联聚合物凝胶颗粒,与含聚合物采出液一样[6],采出液稳定性亦增加,给油水分离和污水后处理带来了很大的问题。

而油水分离性质和油水界面性质有关[7-9]。

为此,本文研究了孤东油田七区所注的预交联聚合物凝胶颗粒溶液与原油间的界面张力、界面剪切粘度、Zeta电位以及乳状液稳定性,探讨了乳状液稳定性的原因。

1 实验部分1.1 试剂与仪器实验所用原油为胜利油田的孤东七区原油,粘度45.0m Pa s(70),密度0.9218g/cm3(55 )。

聚合物为预交联聚合物凝胶颗粒,颗粒粒径为106 m,由胜利油田孤东采油厂提供。

配制模拟油所用的煤油为常压蒸馏的煤油馏分油,燕山石化公司炼油厂生产,使用前室温下硅胶吸附48h,除去具有界面活性的杂质。

戊烷,氯化钠,氯化镁,氯化钙,碳酸氢钠,氯化钾均为分析纯。

实验中所用的模拟水离子组成如表1所示。

表1 孤东七区采出水离子组成Table1 The component of Gudong oilf ield stimulation water mg/L (Cl-) (SO2-4) (CO2-3) (HCO-3) (M g2+) (Ca2+) (N a++K+) 7148.800280.08108.08632.303813.61DCA-21型表面张力与接触角仪,德国Dataphysical公司生产;SV R S型表面粘弹性仪,日本协和株氏会社生产;IKA-T18型高速乳化器; Zetasizer Nano ZS型纳米粒度及Zeta分析仪,英国马尔文公司生产。

1.2 界面张力测定原油模拟油与预交联聚合物凝胶颗粒水溶液间的界面张力采用挂片法,用表面张力和接触角仪测定,温度为30。

1.3 界面剪切粘度测定原油模拟油与预交联聚合物凝胶颗粒水溶液间的界面剪切粘度用日本协和株式会社生产的SVR S型表面粘弹性仪测定,测定温度为30。

1.4 界面电荷测定将原油与水相按体积比(1!100)混合,用高速乳化器搅拌5min,转速为6000r/min,静置24h 后取下层水相(O/W乳状液)用Zetasizer Nano ZS 型纳米粒度及Zeta电位分析仪测定乳状液液滴表面的Zeta电位,测定温度为30。

1.5 W/O型乳状液稳定性测定用50mL的烧杯在电子天平上称取12.00g原油,然后加入12.00g不同浓度的预交联聚合物凝胶颗粒溶液,油相和水相比例为1!1(质量比),放入50恒温水浴中恒温20min。

用IKA-T18型乳化器,设定一定的转速和时间,使其形成W/O型乳状液。

搅拌结束后转移到具塞量筒中,放入50的恒温水浴中静置,开始计时,记录各时刻水相的体积。

根据t时刻水相的体积V t,计算出t时刻的分水率V t/V0∀100%,其中V0是加入的水相体积即总的水相体积。

作分水率与时间t的关系曲线,从曲线的斜率可知道t时刻破乳脱水的速率。

1.6 O/W型乳状液稳定性测定在含预交联聚合物凝胶颗粒的模拟水中加入原油(原油和模拟水质量比99.8!0.2),用IKA-T18型乳化器在转速为6000r/m in的条件下,搅拌120 s,制备成O/W型原油乳状液。

取一定体积的O/W 型原油乳状液置于100m L刻度试管中,静置30 min后,取下层水样25m L置于分液漏斗中,加入适量盐酸,加入适量石油醚萃取,将石油醚萃取液于50mL容量瓶中定容,采用紫外分光光度法在波长300nm测定含油量,通过溶液中的油含量判断O/ W型乳状液的稳定性。

2 结果与讨论2.1 对油水界面张力的影响图1是孤东七区所注的去离子水配制的不同质量浓度的预交联聚合物凝胶颗粒与质量分数10%的原油模拟油的界面张力随时间的关系。

由图1可知,加入预交联聚合物凝胶颗粒后,模拟油与交联聚合物凝胶颗粒分散体系间的界面张力大于不含聚合物凝胶颗粒的去离子水与模拟油间的界面张力,且随聚合物凝胶颗粒浓度增加,模拟油与去离子水间的界面张力增加。

这是由于孤东油田七区西二元复合驱矿场试验前使用预交联聚合物凝胶颗粒进行调剖,预交联聚合物凝胶颗粒本身并不含有表面活性物质,该类交联聚合物凝胶颗粒在水中只是溶胀,其溶胀后类似固体颗粒分散在水中形成一种分散体系,这种分散的聚合物凝胶颗粒扩散到油水界面处,顶替部分在油水界面处吸附的原油中的界面活性物质,使原油中界面活性物质在油水界面处吸附量减少,从而使油水界面张力上升。

另外,在界面处吸附的模拟油中的界面活性物质也会通过分子间作用吸30石油化工高等学校学报 第23卷附到预交联聚合物凝胶颗粒表面,使得界面处模拟油中的界面活性物质浓度降低,这同样也会导致含预交联聚合物凝胶颗粒溶液与原油模拟油间的油水界面张力增加。

Fig.1 Eff ect of preformed particle gel concentration oninterf acial tension of model oil/w ater图1 预交联聚合物凝胶颗粒质量浓度对原油 模拟油与去离子水间界面张力影响2.2 对油水界面剪切粘度的影响图2是不同质量浓度的预交联聚合物凝胶颗粒与质量分数10%的原油模拟油间的界面剪切粘度与剪切速率的关系。