吴文祥，董雯婷，吴 鹏

（1. 东北石油大学提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江 大庆 163318；2. 中海油能源发展工程技术分公司中海油实验中心渤海实验中心，天津 300450； 3. 渤海石油研究院，天津 300450）

工艺与装备

二元复合体系组分对乳状液类型及稳定性影响

吴文祥1，董雯婷2，吴 鹏3

（1. 东北石油大学提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江 大庆 163318；2. 中海油能源发展工程技术分公司中海油实验中心渤海实验中心，天津 300450； 3. 渤海石油研究院，天津 300450）

试验模拟二元复合驱油体系及地层中原油形成乳状液条件，通过对室内模拟形成的乳状液。通过单一变量法改变形成乳状液所需的二元复合体系及原油的浓度，分别研究各变量对乳状液的稳定性及乳状液类型的影响规律。研究结果表明：对形成乳状液类型影响最大的是油水比。对于乳状液稳定性，O/W型乳状液中聚合物对乳状液体系稳定起到积极作用，活性剂浓度高于50 mg/L时起到消极作用；W/O型乳状液中聚合物不利于乳状液稳定性，活性剂随着浓度的增加对乳状液稳定性由消极作用转变为积极作用。

乳状液类型；乳状液稳定性；二元复合体系

目前，国内大部分油区已相继进入了采出液含水高阶段［1］。这一开采期，化学剂驱油技术可有效的动用地层中的残余油，大幅度的提高原油采收率，对油田保持稳产具有重要的意义［2，3］。但采用具有乳化作用的复合驱油体系虽然可以有效的提高采收率，但采出液是原油、水、表面活性剂组成的混合物形成不同类型乳状液，主要为W/0、0/W型乳状液［4-6］。本文通过单一变量的方法，通过对室内模拟形成乳状液进行测定，以此研究二元复合体系各组分及原油对乳状液类型及稳定性影响规律。

1 实验部分

1.1 实验材料

聚合物：聚丙烯酰胺，相对分子质量分别为1400×104，固含量均为90%；活性剂：石油磺酸盐，有效含量30%；用水：大庆油田模拟污水，矿化度13 000 mg/L；用油：大庆油田红岗原油。

1.2 原油乳状液配制方法

（1）O/W型乳状液配制方法：配制300 g二元复合体系，按方案设计浓度称取相应质量浓度的石油磺酸盐，并加入相应质量的污水，充分搅拌混合物45 min；按设计浓度称取并添加聚丙烯酰胺至混合物，将300 g混合物充分搅拌120 min，完成二元复合体系配制。在 45 ℃恒温水浴箱中，按照设计的油水质量比向300 g复合体系中加入相应质量的原油，在转速2 000 r/min下搅拌10 min后静置，取下层混合均匀的液体为实验用O/W型乳状液。

（2）W/O型乳状液配制方法：先称重原油450 g置于45 ℃恒温水浴箱中60 min；按（1）中配制方法配制目的浓度的二元复合体系，并置于水浴中恒温45 min。按照设计的油水质量比，向450 g原油中添加一定质量的二元复合体系，在转速 2 000 r/min下搅拌10 min后静置，取下层混合均匀的液体为实验用W/O型乳状液。

1.3 乳状液类型的判定方法

滤纸润湿法：将滤纸浸泡在质量含量为 20%的CoCl2溶液后烘干，将待测定乳状液取一滴滴于滤纸，观测结果。滤纸保持蓝色、液滴不展开，乳状液为W/O型；滤纸变红、液滴展开，乳状液为O/W型。

1.4 乳状液稳定的判定方法

通过采用GB/T 8929-2006《原油水含量的测定蒸馏法》行业标准，分别测定乳状液体系油中含水量和水中含油量，判定采出乳状液稳定性。

2 结果与讨论

2.1 各组分对乳状液类型的影响

2.1.1 水油比对乳状液类型影响

按照不同的水/油比配制室内配制乳状液，评价不同水油比对乳状液类型的影响规律，将模拟结果列于表1。

由实验结果表明：形成乳状液混合物时，二元复合体系和原油间的质量比一经改变，乳状液类型有所变化，特别是但油水比大于1：1时，乳状液类型变化较大。当油水比大于1：1时，室内形成的乳状液类型是W/O型；当油水比大于1：1时，室内形成的乳状液分为类型不同的两层，既下部为O/W型乳状液而上部为W/O型乳状液。

表1 不同水油比条件下采出乳状液类型Table 1 Emulsion type under different water- oil ratio

2.1.2 聚合物浓度对乳状液类型影响

现固定原油和二元复合体系间的质量比为1∶9，其他实验条件不变，通过单一变量法改变配制乳状液用二元复合体系中聚合物的质量浓度，揭示聚合物浓度对采出液类型的影响规律，将实验结果绘制于表2。

表2 聚合物浓度对乳状液类型的影响Table 2 Effect of polymer concentration on the type ofemulsion

在相同的油水比1∶9的情况下，将五组实验方案与污水与原油形成的乳状液类型进行比较，聚合物的加入并没有改变乳状液的类型。同时对比着五组实验结果：聚合物浓度对形成乳状液的类型并没有实质性的影响，五组实验结果均表现出下部为O/W型乳状液而上部为W/O型乳状液的双层乳状液，随着聚合物浓度的增加也没有任何变化。

2.1.3 活性剂浓度对乳状液类型影响

现固定原油和二元复合体系间的质量比为1:9，其他实验条件不变，通过单一变量法改变配制乳状液用二元复合体系中表面活性剂的质量浓度，揭示表面活性剂浓度对采出液类型的影响规律，将实验结果绘制于表3。

与聚合物浓度对乳状液类型的影响规律具有相似的实验结论：在原油和二元复合体系间的质量比为1:9的情况下，复合体系中表面活性剂的质量含量高低并没有对乳状液类型产生影响。室内形成的乳状液体系依旧呈下部为 O/W型乳状液而上部为W/O型乳状液的双层乳状液。

表3 表面活性剂浓度对乳状液类型的影响Table 3 Effects of surface active agent concentration on the type of emulsion

综合上述单一组分对乳状液类型的影响规律，可分析出影响形成乳状液类型的主控因素为不同的油水比例，而二元复合体系中各组分质量浓度对其影响较小。在不同的油水比例下，形成的乳状液类型差异较大，对着油水比的增加，采出液趋于转向油包水型乳状液。

2.2 各组分对乳状液稳定性的影响

2.2.1 聚合物浓度对乳状液类型影响

在相同的实验条件下采用与上文相同的乳状液配制方法。采用1.4介绍的稳定性测定方法对不同聚合物浓度的二元复合体系与原油形成的乳状液进行测试，结果见绘制于图1。

图1 聚合物对乳状液稳定性的影响Fig.1 Effect of polymer on the stability of emulsion

由图1可知，随着乳状液中聚合物浓度0 mg/L上升为30 mg/L，油相含水量由的65.0%，迅速降至6.5%；在此浓度区间随着浓度的增加水相中油的含量不断增加，同时水相稳定时间不断延长。这一实验规律表明：对于乳状液稳定性，O/W型乳状液中聚合物对乳状液体系稳定起到积极作用，W/O型乳状液中聚合物不利于乳状液稳定性。

W/O型乳状液中聚合物不利于稳定性的主要原因是由于聚合物可以提高水相的粘弹性，在乳状液形成过程中粘弹性流体增加了分散相液滴在连续相分布所需的能量。同时导致乳状液中呈分散相的水相粒径较大，容易聚集不稳定［7，8］。O/W型乳状液中聚合物可以增强乳状液稳定性的机理是因为聚合物可以与表面活性剂亲水基团发生反映形成界面膜，较大的油膜强度增加了分散相油滴的保护膜，阻碍了油滴间的聚并作用，随聚合物浓度增加这一保护膜的强度增大。聚合物带负电性增加了油滴间的静电斥力、较小了油滴间的聚并机会，使得分散相油滴在连续相中分散的更加均匀，聚合物有利于增加O/W型乳状液的稳定性［9］。

2.2.2 表面活性剂对乳状液稳定性的影响

在相同的实验条件下，采用与上文相同的乳状液配制方法，对不同浓度表面活性剂与原油形成的乳状液稳定性进行测试。采用1.4介绍的稳定性测定方法，考察聚合物对采出液稳定性影响，结果见绘制于图2。

图2 表面活性剂对化学驱模拟采出液稳定性的影响Fig.2 Effect of surface active agent on the stability of chemical flooding simulation

由图2可知，对于O/W型乳状液，二元复合体系中表面活性剂浓度由0 mg/L增至50 mg/L时，与原油形成的乳状液水相含油量由87.10 mg/L增加到300.55 mg/L，这一结果表明活性剂对乳状液稳定起到积极作用。当二元复合体系中表面活性剂浓度超过50 mg/L后，随着活性剂浓度的增加，复合体系与原油形成的乳状液水相含油量逐渐降低，对乳状液稳定性起到消极作用。产生上述实验规律的主要是因为在低浓度时二元复合体系中表面活性剂对油珠间的聚并能够起到了阻碍作用。

表面活性剂浓度由0 mg/L增至50 mg/L时，对于W/O型原油乳状液的稳定性有小幅度的下降。继续增加表面活性剂浓度至500 mg/L，W/O型原油乳状液的稳定性又逐渐增强。这主演是因为表面活性剂对 W/O型原油乳状液的稳定性有两方面影响［10，11］。第一方面活性剂具有乳作用：由于活性剂的存在油水界面上吸附的天然活性物质会脱离其表面而导致乳状液破乳；另一方面，活性剂同时对乳状液具有稳定作用，活性剂的加入可以降低油水间的界面张力以此降低分散相水滴的能量，有利于分散相出于小粒径，增加了乳状液的稳定性。

所以表面活性剂对W/O型原油乳状液稳定性的影响表现出在低浓度时有破乳作用，在高浓度时具有稳定作用双重特性。

3 结 论

（1）水油比对采出乳状液类型影响较大；二元复合体系中聚合物、表面活性剂组分浓度对乳状液类型无影响；

（2）对于乳状液稳定性，O/W型乳状液中聚合物对乳状液体系稳定起到积极作用，活性剂浓度高于50 mg/L时起到消极作用；

（3）W/O型乳状液中聚合物不利于乳状液稳定性，活性剂随着浓度的增加对乳状液稳定性由消极作用转变为积极作用。

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Effect of SP Composite on Type and Stability of the Emulsion

WU Wen-xiang1，DONG Wen-ting2，WU Peng3
（1. Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery， Northeast Petroleum University， Heilongjiang Daqing 163318， China；2. CNOOC Energy Development Engineering and Technology Branch， Tianjin 300450， China；3. CNOOC Bohai Petroleum Research Institute， Tianjin 300450， China）

The configuration conditions of emulsion were studied. By using the single variable method to change the two-element complex system and the concentration of crude oil， effect of the variables on the stability of the emulsion and the type of emulsion were investigated. The results show that： the greatest impact on the formation of emulsion type is the oil / water ratio. For emulsion stability， the polymer in O/W emulsion has a positive effect on the stability of the emulsion system， and the concentration of the active agent is higher than 50 mg/L， the polymer is not conducive to the stability of W/O emulsion.

Emulsion type； Emulsion stability； SP system

TE 357

A

1671-0460（2015）12-2733-03

国家重大专项课题“油田开采后期提高采收率新技术”（2011ZX05009-004）。

2015-11-11

吴文祥（1961-），男，吉林省扶余县人，教授，博士，从事三次采油的研究工作。E-mail：wuwenxiang1961@163.com。