复合驱油体系中碱的类型对乳化作用的影响研究

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摘 要：碱、表面活性剂和聚合物组成的ASP复合体系中，加入的碱一方面能够使ASP复合体系与低酸值原油之间的界面张力降至很低水平，同时对乳化也起到重要作用，而碱的类型和加量直接影响该体系和原油形成界面张力的数量级及油水的乳化程度。通过室内实验系统分析了不同质量分数的强碱和弱碱体系对乳状液形成及其稳定性的影响规律。结果表明，随着碱含量的增加乳化程度增强，说明低界面张力有利于乳状液的形成；同时强碱氢氧化钠的质量分数在0.3%和弱碱碳酸钠质量分数在0.5%时，复合体系与扶余原油形成的乳状液最稳定。

【分类号】：TE357.46

三元复合驱油技术提高原油采收率的主要机理是，它能够形成超低界面张力来增大驱油效率和通过聚合物的高黏度来增加波及体积，而乳化携带和原油乳状液调整剖面的机理也受到越来越多的关注。矿场先导试验发现，如果存在乳化现象，则相应的采出程度较高；反之，如果没有明显的乳化，则ASP体系提高采收率的效果相对较差。分析其原因，一方面是该复合体系在油藏多孔介质中活化残余油，使其更利于启动而形成油墙被乳化携带；另一方面是油水形成的高黏乳状液在驱替过程中优先进入高渗层，并产生封堵作用，从而启动中、低渗透层，调整层间、层内矛盾，扩大波及体积。因此，乳化作用在一定条件下有利于采收率的提高，李世军、廖广志和刘奕等[1-3]都进行了相关的研究和论述。

近年来复合驱方面的研究大多集中在超低界面张力形成机理、弱碱/无碱表面活性剂的研制以及复合体系与原油形成乳状液的稳定性评价方面[4-10]，但对乳化作用中乳化能力相关规律的研究相对较少，且缺乏碱的类型与加量对乳化作用的影响机理的系统研究，特别是碱对乳状液形成的影响以及与界面张力之间的关系，目前还没有统一的认识。因此，笔者通过建立定量评价三元体系与原油乳化程度的指标和方法，考察不同碱加量对应的具有不同数量级界面张力的驱油体系的乳化性能，探讨乳化与界面张力之间的关系以及碱对乳状液形成的作用机理；另外，研究不同碱加量的驱油体系与原油形成乳状液的类型和稳定性，分析碱对乳状液稳定的影响机理，这对于进一步全面认识ASP复合体系的驱油机理和指导体系优化具有现实意义。

1 实验材料及方法

1.1 材料

实验用的原油为吉林油田扶余脱气原油，实验用水为油田注入水，强碱为氢氧化钠（NaOH），弱碱为碳酸钠（Na2CO3），甜菜碱表活剂（FASP10）浓度为0.3%。

1.2 方法

在30℃条件下，用界面张力仪测量不同碱浓度下质量分数为0.3%的FASP10体系与原油间的界面张力。将原油与水按体积比1：1混合，加入含不同质量分数碱的乳化剂体系，用RW20型悬臂搅拌器（德国IKA公司）在11000r/min转速下高速搅拌得到乳状液。

2 实验结果与分析

从界面张力曲线可以看出，弱碱浓度在0.5%时，界面张力已经降低到10-3mN/m数量级，弱碱浓度继续增大，界面张力曲线基本重合，界面张力变化不大。

对比不同质量分数下弱碱碳酸钠乳化剂体系乳液稳定性，质量分数为0.5%时，体系稳定性最好。实验测量不同碳酸钠质量分数乳化剂溶液界面张力过程中，当质量分数大于0.5%时，四种质量分数下的油滴都被拉断，说明碱质量分数0.5%已经能满足降低界面张力需求。

对比不同质量分数强碱氢氧化钠乳化剂体系乳液稳定性，质量分数为0.3%时，体系稳定性最好。

对比不加碱、0.5%碳酸钠、0.5%氢氧化钠三种曲线可以看出，加碱乳化剂体系形成的乳液稳定性好于不加减体系，强碱体系乳液稳定性好于弱碱体系。

由于含碱体系对原油有较强的乳化能力[11]，能迅速将岩石表面的原油原位乳化，然后在油水两相流动的剪切条件下，将其分散、剥离，形成乳状液。油滴经过乳化、变形、剥蚀而被启动，在移动过程中油滴又受到被分割、卡断、聚并等作用，乳化机理主要有以下几种：

（1）乳化捕集。原油被含碱体系乳化成小油滴，封闭小孔喉，从而改善油水两相流度比，提高波及系数[12]。同时，由于界面张力和毛细管力作用大大降低，孔隙内的残余油被乳化而相对容易流动。当微乳液与残余油接触时，会出现驱油体系与残余油的局部混相。

（2）乳化夹带。含碱体系夹带下，原油原位乳化后在流体作用下向前运移，在孔道中一般被拉成条状，大小孔道均为流动通道，随着孔隙网络形态的变化，原油时而由小孔道汇流到大孔道，时而又由大孔道分流到小孔道。随着驱替过程的进行，后缘的油越来越少。同时由于乳液具有带电性，且和地层具有相同的电性，所以油滴不会重新粘附在地层，而是被携带运移采出[13]。

（3）乳化聚并。原油与含碱体系自发形成不稳定的O/W乳液，然后破乳聚并，形成一个原油的高饱和区，在此区域，原油的相对渗透率增大。如此往前不断的推进、聚并、富集，可使前缘形成油墙。

3 结论

（1）对于甜菜碱体系三元驱替液，弱碱浓度在0.5%时，界面张力已经降低到10-3mN/m数量级。弱碱体系质量分数为0.5%时，乳液体系稳定性最好。

（2）强碱氢氧化钠质量分数为0.3%时，乳液体系稳定性最好。

（3）相同质量分数的碱体系形成的乳液，强碱体系的稳定性好于弱碱，弱碱体系好于不加碱。