苑光宇，罗 焕

中国石油大港油田分公司采油工艺研究院，天津 300280

在油田注水开发过程中，水驱替原油经储层孔隙后，会发生乳化形成乳状液，是水驱开发油田普遍存在的现象。原油乳化后被携带及乳状液调剖是乳化对驱油过程产生的最主要作用[1]。矿场试验表明，发生乳化的原油采收率较高，而未显著乳化的原油采收率较低，表明驱替过程中发生乳化能够提高原油采收率[2]，可见研究水与原油间乳化对提高原油采收率具有重要的理论和应用意义。

1 试验部分

1.1 试验设备和原料

试验用设备与器具包括：广口瓶，机械搅拌器，恒温箱，量筒，

试验用水采用辽河油田某S块的地层水及注入水，水质分析结果如表1所示。

试验用原油采用辽河油田某S块原油，原油性质如表2所示。

表1 试验用水离子组成 mg/L

表2 原油性质

1.2 试验方法

试验采用广口瓶盛装原油与水，原油与水总体积固定为50 mL，采用机械搅拌器将油水混合，搅拌完成后将乳化体系立即倒入量筒中，读取乳化相与水相的体积，按下式计算乳化系数，评价乳化性能，乳化系数越大，说明油水越易于乳化。

其中：V1为原始条件下水体积，mL；V2为乳化后剩余水体积，mL。

2 试验分析

分析各影响因素，首先采用单因素分析法对其影响定性研究，再进行半定量的对比分析。

2.1 搅拌速率的影响

在固定含水率40%(采用注入水)、搅拌时间15 min，温度50 ℃条件下，分别以不同速率对油水溶液搅拌，考察搅拌速率对乳化性能的影响，乳化结果见图1。

图1 搅拌速率对乳化能力的影响

从图1可以看出，搅拌速率增大，乳化系数逐渐增大，乳化能力增强，当搅拌速率达到500 r/min，乳化系数达到100%，油水完全乳化，继续增大转速，乳化效果也无增强，从乳状液外观来看也无明显变化。油水乳化形成乳状液的过程是非自发过程，需外界能量介入，而搅拌可促使乳化形成，对乳化性能有较大影响。搅拌速率高时，剪切越大，形成的乳状液粒径小，并且分散度较高，乳化性能强且稳定[3]。

2.2 搅拌时间的影响

固定(采用注入水)含水率为40%、温度50 ℃，搅拌速率分别为100 r/min，500 r/min时，考察搅拌时间对乳化性能的影响，结果见图2。

图2 搅拌时间对乳化能力的影响

从图2可看出，不同搅拌速率条件下，当搅拌时间较短时，乳化能力均较低，随着搅拌时间延长，乳化系数逐渐增大，乳化能力增强，相比之下，转速较高时，随搅拌时间延长，乳化系数急剧增大，在15 min时，即可达到100%，油水完全乳化；而低转速下，乳化系数随搅拌时间增加到15%后便不再增大。试验结果表明，搅拌时间与乳化性能呈正相关，但在不同搅拌速率条件下，增加幅度不同，低转速下即使延长再多的时间，对乳化也无更多改善。

2.3 含水率的影响

固定搅拌时间15 min，温度50 ℃，分别在搅拌速率100 r/min、500 r/min，评价含水率(采用注入水)对乳化性能的影响结果见图3。

图3 含水率对乳化能力的影响

从图3可看出，不同搅拌速率条件下，当含水率超过20%时，油水乳化系数均降低到20%以下，随着含水率的增高，乳化能力减弱，超过20%以上时，乳化能力迅速下降，乳化系数均在20%以下。但含水率在20%～60%之间时，乳化性能的变化规律却大不相同：搅拌速率100 r/min时，含水率超过20%后即迅速下降到20%以下，超过50%以后，乳化系数只有3%～4%，而搅拌速率为500 r/min时，含水率即使增加到40%，乳化系数仍然有100%，含水率超过40%以后，乳化系数迅速下降。根据相体积理论，当含水率较低时，易于形成W/O型乳状液，而含水率较高时易于形成O/W型乳状液，中等含水率时两种类型乳状液均有[4]。试验结果表明，含水率与乳化能力呈反相关关系，随含水率增加乳化性能减弱，并且该块原油不易被乳化，但搅拌速率可以一定程度影响乳化规律，较高的搅拌速率可以延缓乳化能力随含水率降低的幅度。

2.4 温度的影响

固定搅拌时间15 min，含水率40%(采用注入水)，搅拌速率分别为500 r/min、100 r/min，考察温度对乳化能力的影响结果见图4。

图4 温度对乳化能力的影响

从图4可看出，不同搅拌速率条件下，低温30 ℃时，乳化性能较差，温度升高，乳化能力增强。与上述分析相同，较高的搅拌速率500 r/min下，乳化系数也更高，乳化性能更好，50 ℃以后，乳化系数即达到100%，此后温度再升高，乳化系数也不再下降；而100 r/min下，低温30 ℃时，乳化系数仅有3.3%，温度升高乳化系数增加，但最高也仅有20%，温度超过65 ℃后，乳化能力略有下降。结果表明，无论哪种搅拌速率下，均存在一个乳化性能较好的温度区间，搅拌速率除了能提高乳化性能，还能扩大这一温度区间。温度升高，原油黏度降低，越容易使油水混合，但高温下分子的布朗运动剧烈，使形成的乳状液更容易聚并破乳，高剪切速率(搅拌速率)下，剪切生成乳状液的作用占主导，所以乳化性能好，乳化系数高；而低速剪切条件下，高温下破乳聚并占主导，乳化性能弱，乳化系数较小。

2.5 水质影响

采用某S区块的不同水：地层水和经过处理后的注入水，固定搅拌速率100 r/min，搅拌时间15 min，温度50 ℃，试验考察不同含水率条件下不同水质对乳化性能的影响，结果见图5。

图5 水质对乳化能力的影响

从图5可以看出。在较低含水率20%条件下，注入水具有较好的乳化能力，乳化系数达到了100%，而地层水与原油乳化能力较弱，乳化系数为30%；但当含水率超过20%以后，地层水与原油乳化能力比注入水略好。水质的影响没有明显的规律，因为水中离子较多，成分复杂，对于某一特定油田或区块，水质会有一定波动，但变化不大，因此对乳化的影响也基本稳定。

2.6 各因素综合分析

为了对比不同因素对油水乳化性能的影响大小，设计了5种方案见表3。方案1为基准方案，其他方案均与其对比，方案2～方案4分别变化搅拌时间、搅拌速率、含水率、温度，对比乳化系数的变化，试验结果见图6。

表3 对比方案设计

图6 不同方案的乳化系数对比

从图6可以看出，与基准方案相比，只延长搅拌时间，乳化性能并无改善；只改变温度，乳化性能先略有增强后减弱，总体变化不大；只改变含水率，含水率在40%以上时变化不大，降低到20%时即突变到100%，有较大影响；只改变搅拌速率，随搅拌速率增加，乳化系数即有明显上升，影响较为线性，到500 r/min时乳化系数达到100%。4种影响因素按照对乳化性能影响排序为：搅拌速率>含水率>温度>搅拌时间。在油藏条件下，若没有表面活性剂或乳化剂等活性物质存在，多孔介质的剪切速率(搅拌速率)对油水乳化性能的影响最大。

3 结论

室内试验考察了含水率、搅拌时间、搅拌速率、温度、水质均会对油水乳化性能造成影响，其中，搅拌速率、搅拌时间对乳化性能有正向影响，随数值增大，乳化增强，而含水率与乳化则成反向，温度在一定区间内乳化效果较好，水质影响较复杂，无明显规律。在各种影响因素中，搅拌速率对原油乳化性能的影响最大。