單莉娜（東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江大慶163318）

室內(nèi)模擬制備聚驅(qū)采出液方案優(yōu)選及乳化穩(wěn)定性評價(jià)

單莉娜
（東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江大慶163318）

為研究聚驅(qū)采出液中的復(fù)雜成分，穩(wěn)定性以及采出液的處理方法等問題，可以通過室內(nèi)制備模擬乳狀液的方式，并對配制的乳狀液進(jìn)行穩(wěn)定性評價(jià)來確定實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制備乳狀液時(shí)的最佳配制條件。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。采用流變儀、Zeta電位儀和激光粒度分析儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到乳狀液含水率、溫度，含聚濃度等條件對乳狀液穩(wěn)定性的影響規(guī)律及主次順序，進(jìn)行方案優(yōu)選，確定最佳配制條件。

乳狀液；穩(wěn)定性評價(jià)；正交實(shí)驗(yàn)；影響規(guī)律；方案優(yōu)選

目前，三次采油[1,2]技術(shù)的逐漸成熟，其中的化學(xué)驅(qū)[3]作為提高油田開發(fā)水平的一項(xiàng)重要的驅(qū)油技術(shù)，規(guī)模逐漸擴(kuò)大，其中聚合物驅(qū)[4]的應(yīng)用也越來越廣泛。與此同時(shí)采出液中不可避免的含有較多的聚合物及表面活性劑等成分，導(dǎo)致采出液的粘度高，組分復(fù)雜，油水乳化現(xiàn)象嚴(yán)重，原油破乳脫水等過程復(fù)雜，處理難度加大，對油田生產(chǎn)系統(tǒng)形成潛在隱患，并且在一定程度上影響煉制工作的正常進(jìn)行，直接影響化學(xué)驅(qū)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)影響經(jīng)濟(jì)效益，因此，對聚驅(qū)的采出液性質(zhì)進(jìn)行研究及乳狀液的穩(wěn)定性[5]進(jìn)行評價(jià)，有利于推進(jìn)化學(xué)驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展。

1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了合理簡化實(shí)驗(yàn)次數(shù)，且不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果及規(guī)律，選擇利用SPSS軟件正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模塊對驗(yàn)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，得到聚合物驅(qū)采出液穩(wěn)定性評價(jià)[6]正交實(shí)驗(yàn)方案及各組實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 正交實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及結(jié)果Fig.1 Design and results of orthogonal experiment

2 結(jié)果與討論

2.1 流變實(shí)驗(yàn)

2.1.1 流變實(shí)驗(yàn)理論基礎(chǔ)由于采出液符合冪律流體方程，基于冪律流體的本構(gòu)方程（式1），將流變實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行擬合得到流變方程，將流變方程中的粘稠系數(shù)K作為因變量，分析采出液的穩(wěn)定性。

2.1.2 流變實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

（1）選擇相同溫度，相同含水率，不同含聚濃度條件下的各組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比分析，得到流變性與含聚濃度的定性關(guān)系，見圖2～5。

圖2 含水率60%時(shí)流變性與含聚濃度的關(guān)系Fig.2 Relationship between rheology and polymer concentration in water contentof 60%

圖4 含水率85%時(shí)流變性與含聚濃度的關(guān)系Fig.4 Relationship between rheology and polymer concentration in water contentof 85%

圖5 含水率95%時(shí)流變性與含聚濃度的關(guān)系Fig.5 Relationship between flow and polymer concentration in water contentof 95%

通過對比相同溫度，相同含水率，不同含聚濃度條件下的各組實(shí)驗(yàn)的剪切率與粘度之間的關(guān)系，可以得到大體規(guī)律[7]如下：含聚濃度增加，乳狀液粘度增加，乳狀液抗剪切能力增強(qiáng)，乳化穩(wěn)定性增強(qiáng)。剪切率較小時(shí)，流體粘度隨著剪切率的增加降低比較快；剪切率較大時(shí)，流體粘度隨著剪切率的增加下降速度變緩，逐漸趨于定值。

（2）利用SPSS軟件對流變性實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行定量分析，得到結(jié)果如下各表1～4。

表1 乳狀液流變性的影響因素檢驗(yàn)Tab.1 Testof influencing factors of emulsion rheology

從SPSS方差分析輸出的結(jié)果可以看出，含水率，溫度，含聚濃度3個(gè)因素的顯著性指數(shù)為0.018，0.045，0.009，均小于顯著性水平0.05，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即各因素均與乳狀液流變性存在顯著性影響，其中影響程度為含聚濃度＞含水率＞溫度。

表2 乳狀液流變性與含水率的關(guān)系Tab.2 Relationship between emulsion rheology and water content

表3 乳狀液流變性與溫度的關(guān)系Tab.3 Relationship between emulsion rheology and temperature

表4 乳狀液流變性與含聚濃度的關(guān)系Tab.4 Relationship between emulsion rheology and polymer concentration

由表2～4可以得到結(jié)論如下：

（1）粘稠系數(shù)僅由含水率影響的情況下，粘稠系數(shù)均值隨著含水率的增加而減小，即隨著含水率的增加，乳狀液粘度減小，抗剪切能力變差，穩(wěn)定性變差；（2）粘稠系數(shù)由溫度影響變化不明顯，為42℃時(shí)稠度系數(shù)最大，穩(wěn)定性越強(qiáng)；（3）粘稠系數(shù)僅由含聚濃度影響的情況下，其均值隨著含聚濃度越大而增大，即隨著含聚濃度的增加，乳狀液粘度增大，抗剪切能力增強(qiáng)，穩(wěn)定性增強(qiáng)。

2.2 電負(fù)性實(shí)驗(yàn)

2.2.1 電負(fù)性實(shí)驗(yàn)理論基礎(chǔ)油滴的負(fù)電性越強(qiáng)，代表油滴之間的靜電斥力越大，油滴間的分離或聚并越困難，即相應(yīng)的乳狀液的穩(wěn)定性越強(qiáng)。

2.2.2 電負(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析利用SPSS軟件對電負(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行定量分析，得到結(jié)果如下各表5～8。

表5 乳狀液電負(fù)性的影響因素檢驗(yàn)Tab.5 Test of influencing factors of emulsion electronegativity

從SPSS方差分析輸出的結(jié)果可以看出，含水率，溫度，含聚濃度3個(gè)因素的顯著性指數(shù)為0.028，0.046，0.000，均小于顯著性水平0.05，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即各因素均與乳狀液電負(fù)性存在顯著性影響，其中影響程度為含聚濃度＞含水率＞溫度。

表6 乳狀液電負(fù)性與含水率的關(guān)系Tab.6 Relationship between emulsion electronegativity and water content

表7 乳狀液電負(fù)性與溫度的關(guān)系Tab.7 Relationship between emulsion electronegativity and temperature

表8 乳狀液電負(fù)性與聚合物濃度的關(guān)系Tab.8 Rrelationship between emulsion electronegativity and polymer concentration

由表6～8可以得到結(jié)論如下：

（1）負(fù)電位僅由含水率影響的情況下，負(fù)電位均值隨著含水率的增加而減弱，即隨著含水率的增加，乳狀液穩(wěn)定性變差；（2）負(fù)電位由溫度影響變化不明顯，為42℃時(shí)電負(fù)性最強(qiáng)，乳狀液穩(wěn)定性最強(qiáng)；（3）負(fù)電位僅由含聚濃度影響的情況下，隨著含聚濃度越大，電負(fù)性增強(qiáng)，乳狀液穩(wěn)定性增強(qiáng)。

2.3 粒徑分布實(shí)驗(yàn)

2.3.1 粒徑分布實(shí)驗(yàn)理論基礎(chǔ)油水兩相的液滴在剪切作用下會(huì)發(fā)生絮凝或聚并，形成較大的液滴，液滴粒徑越大，越容易進(jìn)行分離破乳。

2.3.2 粒徑分布實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到16組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以下為其中含水率60%，不同含聚濃度條件下的粒徑分布圖。

（1）含聚濃度100mg·L-1時(shí)，D50=38.02μm；

圖6 含水率60%含聚濃度100mg·L-1時(shí)粒徑分布曲線Fig.6 Particle size distribution curve in water contentof 60% and the polymer concentration of 100mg·L-1

（2）含聚濃度500mg·L-1時(shí)，D50=34.16μm；

圖7 含水率60%含聚濃度500mg·L-1時(shí)粒徑分布曲線Fig.7 Particle size distribution curve in water content of 60% and the polymer concentration of 500mg·L-1

（3）含聚濃度700mg·L-1時(shí)，D50=30.45μm

圖8 含水率60%含聚濃度700mg·L-1時(shí)粒徑分布曲線Fig.8 Particle size distribution curve in water contentof 60% and the polymer concentration of 500mg·L-1

（4）含聚濃度300mg·L-1時(shí)，D50=37.70μm

圖9 含水率60%含聚濃度300mg·L-1時(shí)粒徑分布曲線Fig.9 Particle size distribution curve in water contentof 60% and the polymer concentration of 300mg·L-1

根據(jù)是實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：含水率為60%情況下，含聚濃度分別為100，300，500，700mg·L-1時(shí)對應(yīng)的D50分別為38.02，37.70，34.16，30.45μm，可以得到大致規(guī)律[8]為隨著含聚濃度的增加，乳狀液粒徑變小，乳狀液穩(wěn)定性增強(qiáng)。

2.3.3 粒徑分布實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析利用SPSS軟件對電負(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行定量分析，得到結(jié)果如下各表9～12。

表9 乳狀液粒徑分布的影響因素檢驗(yàn)Tab.9 Testof influencing factors of emulsion particle size distribution

從SPSS方差分析輸出的結(jié)果可以看出，含水率，溫度，含聚濃度3個(gè)因素的顯著性指數(shù)均小于顯著性水平0.05，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即各因素均與乳狀液粒徑分布存在顯著性影響，其中影響程度為含聚濃度＞含水率＞溫度。

表10 乳狀液粒徑分布與含水率的關(guān)系Tab.10 Relationship between emulsion particle size distribution and water content

表11 乳狀液粒徑分布與溫度的關(guān)系Tab.11 Relationship between emulsion particle size distribution and temperature

表12 乳狀液粒徑分布與聚合物濃度的關(guān)系Tab.12 Relationship between emulsion particle size distribution and polymer concentration

（1）粒徑分布僅由含水率變化影響的情況下，粒徑均值隨著含水率的增大而增大，即隨著含水率的增大，乳狀液穩(wěn)定性減弱；（2）隨著溫度的增加，粒徑均值增大，乳狀液穩(wěn)定性減弱；（3）粒徑分布僅由含聚濃度影響的情況下，隨著含聚濃度越大，粒徑均值減小，相應(yīng)的乳狀液穩(wěn)定性增強(qiáng)。

3 結(jié)論

（1）含水率，溫度，含聚濃度對乳狀液的流變性、電負(fù)性及粒徑分布均存在顯著性影響，影響程度為含聚濃度＞含水率＞溫度；（2）含水率與乳狀液穩(wěn)定性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即乳狀液的穩(wěn)定性隨著含水率的增加而減弱，直到含水率趨近于1。（3）實(shí)驗(yàn)溫度對乳狀液的穩(wěn)定性影響并不十分顯著，在本次實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)顯著性指數(shù)可以看出溫度對乳狀液流變性和電負(fù)性的影響程度大于溫度對乳狀液粒徑分布的影響，因此根據(jù)流變實(shí)驗(yàn)和電負(fù)性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以認(rèn)為溫度在42℃時(shí)乳狀液穩(wěn)定性最強(qiáng)；（4）含聚濃度與乳狀液穩(wěn)定性呈顯著正相關(guān)關(guān)系，即乳狀液的穩(wěn)定性隨著含聚濃度的增加而增強(qiáng)；（5）根據(jù)本次進(jìn)行的16組聚驅(qū)正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出乳狀液穩(wěn)定性最強(qiáng)時(shí)配制條件的組合是：含水率65%，溫度42℃，聚合物濃度700mg·L-1。

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［3］葛廣章，王勇進(jìn)，王彥玲，等.聚合物驅(qū)及相關(guān)化學(xué)驅(qū)進(jìn)展［J］.油田化學(xué)，2001，18（3）:282-284.

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Optim ization of the solution of polymer flooding produced by laboratory simulation and evaluation of emulsion stability

SHAN Li-na
（School of Petroleum Engineering，Northeast Petroleum University，Daqing 163318，China）

In order to study the complex composition,stability and the treatmentmethod of the produced fluid of polymer flooding,themethod that prepare the emulsion in the laboratory can be adopted,and the best preparation conditions for preparing emulsion in the laboratory can be determined by evaluating the stability of the emulsion.According to the principle of orthogonal experiment design,experimentswere conducted using rheometer,Zeta potential analyzer and laser particle size analyzer,combined with the experimental results,the influence and order of primary and secondary sequence of water content,temperature,oil displacement agent concentration and other conditions on the stability of emulsion is studied,to optimize the scheme and determine the optimal conditions for preparation.

emulsion;stability evaluation;orthogonalexperiment;influence law;scheme optimization

TE357

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170739

2017-03-10

單莉娜（1992-），女，黑龍江哈爾濱，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橛蜌饧斉c礦場加工。