王玉星，窦韦，张晓琳，王顺，王金柱

（1.东北石油大学提高采收率教育部重点实验室，黑龙江大庆163318；2.中国石油抚顺石化分公司石油一厂，辽宁抚顺113004;3.上海馨置网络科技有限公司，上海200040）

甜菜碱复配体系的优选

王玉星1，窦韦1，张晓琳2，王顺1，王金柱3

（1.东北石油大学提高采收率教育部重点实验室，黑龙江大庆163318；2.中国石油抚顺石化分公司石油一厂，辽宁抚顺113004;3.上海馨置网络科技有限公司，上海200040）

甜菜碱复配体系的稳定性通过TURBISCANLAB稳定分析仪与微分干涉显微镜综合分析研究，在多重光散射原理的基础上研究两种不同甜菜碱复配体系的TSI稳定指数随时间变化关系，并结合透射光散射光强度曲线分析两种不同体系乳状液。结果表明，TSI值越小，乳状液体系越稳定。通过光强度曲线可以反映体系分散粒子的聚集与絮凝状况。在此基础上结合微分干涉显微镜成像对稳定分析仪分析结果进行直观对比印证，确保了结果的准确性和方法的可行性。

甜菜碱复配体系；稳定指数；TURBISCANLAB稳定分析；微分干涉显微镜

表面活性剂驱作为化学驱的一种，在三次采油及提高采收率方面有着广泛的应用前景，因此，表面活性剂驱正在被越来越多的学者关注[1]。甜菜碱两性表活剂在表面活性剂系列中有着很重要的地位，它具有良好的耐盐性、耐温性、配伍性、乳化性及较小吸附损失等性能，且由于其对金属离子有螯合作用，其在高温、高矿化度油层驱油方面有广阔的应用前景[2,3]。

由于甜菜碱表面活性剂的成本较高，在应用上受到了限制。因此，可以通过与其他助剂复配形成新的甜菜碱体系。研究表明新体系具有很好的复配效果且降低了甜菜碱用量[4,5]。

1 实验部分

1.1 实验材料及仪器

实验用油为大庆原油，密度（20℃）0.8562 g/cm3，大庆三厂污水，甜菜碱主剂1、2，助剂L7，Turbiscan Lab稳定分析仪，ULTRA-TURRAX T18digital分散机，奥林巴斯微分干涉显微镜IX73。

1.2 实验原理

（1）TURBISCAN LAB工作原理

仪器由波长为880nm的脉冲近红外光源，探测透过样品的透射光探测器及探测被样品反射的反射光探测器组成。两个探测器测量探头分别收集透射光和背散射光的信号,且每40μm扫描一次。得到的数据在整理后形成在浓度和粒径上反映样品的均匀性的图形，按照以上步骤重复，从而得到一张表征产品稳定性的图谱。

（2）奥林巴斯微分干涉显微镜IX73工作原理

微分干涉显微镜主要包括偏振器、DIC棱镜、DIC滑行器和检偏器等光学部件。偏振器的作用是使光线发生偏振，位置在聚光系统之前。DIC棱镜即石英Wollaston棱镜，它可将光束分解成偏振方向不同的成一小夹角的两束光(x和y)。聚光器可以将两束光的方向调成与显微镜光轴平行,开始相位一致的两束光，在穿过标本区域后,发生了光程差[6]。DIC滑行器，即第二个Wollaston棱镜，它的位置在物镜的后焦面处，作用是把两束光合并成一束。这时两束光的偏振面(x和y)仍然存在。最后光束穿过第二个偏振装置，即检偏器。检偏器将两束垂直的光波组合成具有相同偏振面的两束光，从而使二者发生干涉。x和y波的光程的差值对透光的多少起决定作用[7]。当光程的差值相当于二分之一的波长时，穿过检偏器的光达到最大值。于是在背景上，样品结构呈现出明暗的区别[7]。这也就形成了立体感。

1.3 甜菜碱复配体系乳状液的制备

将甜菜碱主剂配制成浓度0.05%和0.3%的水溶液然后分别与助剂L7按1∶1的比例复配。将配制好的两种甜菜碱水溶液分别记为P1、P2，将它们与原油样品按照1∶1的比例混合。用ULTRA-TURRAX T18digital分散机在3500r/min条件下搅拌300s，将得到的乳状液一部分装入测量样品专用的玻璃瓶中，使用TURBISCAN LAB稳定分析仪在45ºC的恒温条件下进行测量，扫描频率为1次每分钟，共计扫描120 min。将剩余部分乳状液通过微分干涉显微镜观察其粒径情况。

2 结果与分析

2.1 甜菜碱体系粒径分析

乳状液的稳定是一个动态过程，扫描样品瓶中部的粒径变化最具代表性，可以反映乳状液的稳定性强弱，故以样品瓶中部粒径分布图为依据分析两种甜菜碱体系乳状液的稳定性。粒径分布以及变化的趋势可以从一定程度上反映乳状液的稳定性强弱。甜菜碱体系在图中随时间变化粒径分布有一个峰值，该值表明甜菜碱乳状液体系分布不均匀，分散性不是很好，随着时间的推移曲线有趋于平直的趋势，表明在样品瓶中部的分层作用基本结束，该体系达到了目前条件下的稳定状态。

图1 甜菜碱体系粒径分布与时间关系曲线Fig.1 Relationship between grain size distribution and time of betaine

从图1中可以看出甜菜碱体系2的粒径在19.3302～33.3564μm之间，平均粒径26.33μm。甜菜碱体系1的粒径分布范围是19.3385～332658μm，平均粒径为22.5641μm。甜菜碱体系2在平均粒径及粒径分布集中程度方面均较体系1好。

2.2 乳状液稳定指数分析

TSI是一个由仪器测量的原始数据背散射和透射的信号直接计算而得的计算。它累计了样品的所有变化，得到的数值反映了乳状液整体的稳定程度。TSI值越低越稳定。从图2中可以看出，随着时间的推移甜菜碱体系曲线有一个逐渐趋于平缓的过程，表明乳状液体系逐渐趋于稳定。在放置过程中，乳状液浓度不同的两部分浓集油相的部分上浮，而浓度较大的另一部分沉降，在3 390 s前两条曲线缓慢上升就是这种现象的直观反映。从TSI曲线可以得到，甜菜碱体系2的乳状液稳定性较体系1好。

图2 甜菜碱体系TSI值与时间关系曲线Fig.2 Relationship between TSI value and time of betaine system

2.3 背散射光图谱分析

甜菜碱体系乳状液随着静置时间延长会发生分层现象，包括上浮、沉降、絮凝或聚并。絮凝时,油分子和水分子相互聚集形成三维堆聚体，质点间形成一层液膜，即两相仍存在界面。经过震荡,絮凝的液滴又可以被分开。分层和絮凝是液滴位置的变化过程。聚结时,絮凝的液珠之间的液膜破裂,最终多个液珠合并成单个液滴,使乳状液变成单纯的油相和水相[8-10]，聚结是一个不可以逆向进行的过程。

图3和图4分别是甜菜碱体系乳状液1、2的分层过程背散射光扫描图。图示老化时间开始扫描时为蓝色，结束扫描时是红色。从图3可以看出在样品瓶底部静置刚开始就发生了沉降现象。随着时间的推移有少许上浮现象。在样品瓶中部发生了絮凝或聚并。样品瓶上部分层现象发生较晚，原因是样品制备时分散不均。图4中，样品开始时在顶部及底部均可以看到发生了上浮现象，沉降现象发生较晚，在中部同样出现了絮凝或聚并。甜菜碱乳状液体系沉降及上浮时间开始的越晚越稳定，再者分层过程持续时间越长稳定程度越好。所以甜菜碱体系2综合考虑沉降时间及分层时间优于体系1。

图3 甜菜碱体系1乳状液背散射光光强与时间及高度关系图谱Fig.3 Relationship between light intensity and time and height of the back scattered light of betaine system 1

图4 甜菜碱体系2乳状液背散射光光强与时间及高度关系图谱Fig.4 Relationship between light intensity and time and height of the back scattered light of betaine system 2

2.4 微分干涉成像分析

图5 甜菜碱体系1粒径图Fig.5 Particle size of betaine system 1

图6 甜菜碱体系2粒径图Fig.6 Particle size of betaine system 2

从微分干涉显微镜图中可以直观地看出甜菜碱体系2的粒径分布均匀程度较好平均粒径小于体系1的平均粒径。可以得出体系2稳定性优于体系1(图5-6)。

3 结论

（1）在剪切速率及温度条件一定的情况下，甜菜碱复配体系乳状从稳定分析仪分析得到的结果与微分干涉显微镜图像直接对比，从直观的图像角度与稳定分析仪数据分析得到相互印证确保了结果的准确性。

（2）甜菜碱复配体系乳状液的稳定性与甜菜碱的有效浓度有关，有效浓度大的稳定程度高。

［1］吴文祥，闫伟.新型磺基甜菜碱BS11的界面特性研究[J].油田化学,2007,24(1):57-59.

［2］应丹丹.甜菜碱型表面活性剂驱油体系的研究[D].西安：西安石油大学,2012.8-9.

［3］隋智慧，曲景奎，卢寿慈，等.耐盐表面活性剂驱油体系的研究[J].精细石油化工进展,2002,3（3）:35-38．

［4］闫义田，王克亮，王娟，潘志勇.复配表面活性剂对三元复合体系界面张力影响研究[J].石油与天然气化工，2006，03:224-225+228+166-167.．

［5］RuckensteinE,Kim K J.Effectofelectrolyte on concentrated emulsion[J]. Journal ofApplied PolymerScience,1988,36:907-916．

［6］葛茜.线虫中细胞分泌特性和蛋白质功能的研究[D].武汉：华中科技大学，2006．

［7］纪秀峰.LED用砷化镓抛光片表面状态研究[D].天津：天津大学，2008．

［8］MiillerH,MeeranPillai N S,Al-Hajji A A,et al.Molecular Outlook of Water-in-OilEmulsions from Two Saudi Arabian Oil Fields[J].Saudi Aramco Journal of Technology,2011．

［9］Wang X.Crude oil emulsion stability determination and its implications in enhanced oil recovery[M].University of Wyoming,2010.

［10］李奇.阴非离子表面活性剂油水界面性质研究[D].成都：西南石油大学，2014.

Optimization of Betaine Compound System

WANG Yu-xing1,DOU Wei1,ZHANG Xiao-lin2,WANG Shun1,WANG Jin-zhu3
（1.Key Laboratory of enhanced oil recovery of Ministry of education,Northeast Petroleum University,Heilongjiang Daqing 163318,China;2.Sinopec Fushun Petrochemical Company,Liaoning Fushun113004,China; 3.Shanghai Xin Home Network Technology Co.,Ltd.,Shanghai 200040,China）

The stability of betaine compound system was studied by TURBISCANLAB stability analyzer and differential interference microscope.The change of TSI stability index of three kinds of betaine compound systems with time was investigated based on multiple scattering principle.And two kinds of different emulsions were analyzed combined with the transmission light scattering light intensity curve.The results show that,the lower the TSI value, the more stable the emulsion liquid system.The dispersion of particles can be reflected by the light intensity curve.On the basis of this,the analysis results of the stability analyzer were compared with the differential interference microscope image,and the accuracy and feasibility of the method were verified.

Betaine compound system;Stability index;TURBISCANLAB stability analyzer;The light intensity curve

TQ 423

A

1671-0460（2017）03-0438-03

国家自然基金，项目号：51374073。

2016-11-08

王玉星（1992-），男，河南省开封人，硕士研究生，研究方向：从事提高采收率方面研究。E-mail：1520054230@qq.com。