甜菜堿復(fù)配體系的優(yōu)選

王玉星，竇韋，張曉琳，王順，王金柱

（1.東北石油大學(xué)提高采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶163318；2.中國石油撫順石化分公司石油一廠，遼寧撫順113004;3.上海馨置網(wǎng)絡(luò)科技有限公司，上海200040）

甜菜堿復(fù)配體系的優(yōu)選

王玉星1，竇韋1，張曉琳2，王順1，王金柱3

（1.東北石油大學(xué)提高采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶163318；2.中國石油撫順石化分公司石油一廠，遼寧撫順113004;3.上海馨置網(wǎng)絡(luò)科技有限公司，上海200040）

甜菜堿復(fù)配體系的穩(wěn)定性通過TURBISCANLAB穩(wěn)定分析儀與微分干涉顯微鏡綜合分析研究，在多重光散射原理的基礎(chǔ)上研究兩種不同甜菜堿復(fù)配體系的TSI穩(wěn)定指數(shù)隨時間變化關(guān)系，并結(jié)合透射光散射光強(qiáng)度曲線分析兩種不同體系乳狀液。結(jié)果表明，TSI值越小，乳狀液體系越穩(wěn)定。通過光強(qiáng)度曲線可以反映體系分散粒子的聚集與絮凝狀況。在此基礎(chǔ)上結(jié)合微分干涉顯微鏡成像對穩(wěn)定分析儀分析結(jié)果進(jìn)行直觀對比印證，確保了結(jié)果的準(zhǔn)確性和方法的可行性。

甜菜堿復(fù)配體系；穩(wěn)定指數(shù)；TURBISCANLAB穩(wěn)定分析；微分干涉顯微鏡

表面活性劑驅(qū)作為化學(xué)驅(qū)的一種，在三次采油及提高采收率方面有著廣泛的應(yīng)用前景，因此，表面活性劑驅(qū)正在被越來越多的學(xué)者關(guān)注[1]。甜菜堿兩性表活劑在表面活性劑系列中有著很重要的地位，它具有良好的耐鹽性、耐溫性、配伍性、乳化性及較小吸附損失等性能，且由于其對金屬離子有螯合作用，其在高溫、高礦化度油層驅(qū)油方面有廣闊的應(yīng)用前景[2,3]。

由于甜菜堿表面活性劑的成本較高，在應(yīng)用上受到了限制。因此，可以通過與其他助劑復(fù)配形成新的甜菜堿體系。研究表明新體系具有很好的復(fù)配效果且降低了甜菜堿用量[4,5]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

實(shí)驗(yàn)用油為大慶原油，密度（20℃）0.8562 g/cm3，大慶三廠污水，甜菜堿主劑1、2，助劑L7，Turbiscan Lab穩(wěn)定分析儀，ULTRA-TURRAX T18digital分散機(jī)，奧林巴斯微分干涉顯微鏡IX73。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

（1）TURBISCAN LAB工作原理

儀器由波長為880nm的脈沖近紅外光源，探測透過樣品的透射光探測器及探測被樣品反射的反射光探測器組成。兩個探測器測量探頭分別收集透射光和背散射光的信號,且每40μm掃描一次。得到的數(shù)據(jù)在整理后形成在濃度和粒徑上反映樣品的均勻性的圖形，按照以上步驟重復(fù)，從而得到一張表征產(chǎn)品穩(wěn)定性的圖譜。

（2）奧林巴斯微分干涉顯微鏡IX73工作原理

微分干涉顯微鏡主要包括偏振器、DIC棱鏡、DIC滑行器和檢偏器等光學(xué)部件。偏振器的作用是使光線發(fā)生偏振，位置在聚光系統(tǒng)之前。DIC棱鏡即石英Wollaston棱鏡，它可將光束分解成偏振方向不同的成一小夾角的兩束光(x和y)。聚光器可以將兩束光的方向調(diào)成與顯微鏡光軸平行,開始相位一致的兩束光，在穿過標(biāo)本區(qū)域后,發(fā)生了光程差[6]。DIC滑行器，即第二個Wollaston棱鏡，它的位置在物鏡的后焦面處，作用是把兩束光合并成一束。這時兩束光的偏振面(x和y)仍然存在。最后光束穿過第二個偏振裝置，即檢偏器。檢偏器將兩束垂直的光波組合成具有相同偏振面的兩束光，從而使二者發(fā)生干涉。x和y波的光程的差值對透光的多少起決定作用[7]。當(dāng)光程的差值相當(dāng)于二分之一的波長時，穿過檢偏器的光達(dá)到最大值。于是在背景上，樣品結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出明暗的區(qū)別[7]。這也就形成了立體感。

1.3 甜菜堿復(fù)配體系乳狀液的制備

將甜菜堿主劑配制成濃度0.05%和0.3%的水溶液然后分別與助劑L7按1∶1的比例復(fù)配。將配制好的兩種甜菜堿水溶液分別記為P1、P2，將它們與原油樣品按照1∶1的比例混合。用ULTRA-TURRAX T18digital分散機(jī)在3500r/min條件下攪拌300s，將得到的乳狀液一部分裝入測量樣品專用的玻璃瓶中，使用TURBISCAN LAB穩(wěn)定分析儀在45oC的恒溫條件下進(jìn)行測量，掃描頻率為1次每分鐘，共計(jì)掃描120 min。將剩余部分乳狀液通過微分干涉顯微鏡觀察其粒徑情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜菜堿體系粒徑分析

乳狀液的穩(wěn)定是一個動態(tài)過程，掃描樣品瓶中部的粒徑變化最具代表性，可以反映乳狀液的穩(wěn)定性強(qiáng)弱，故以樣品瓶中部粒徑分布圖為依據(jù)分析兩種甜菜堿體系乳狀液的穩(wěn)定性。粒徑分布以及變化的趨勢可以從一定程度上反映乳狀液的穩(wěn)定性強(qiáng)弱。甜菜堿體系在圖中隨時間變化粒徑分布有一個峰值，該值表明甜菜堿乳狀液體系分布不均勻，分散性不是很好，隨著時間的推移曲線有趨于平直的趨勢，表明在樣品瓶中部的分層作用基本結(jié)束，該體系達(dá)到了目前條件下的穩(wěn)定狀態(tài)。

圖1 甜菜堿體系粒徑分布與時間關(guān)系曲線Fig.1 Relationship between grain size distribution and time of betaine

從圖1中可以看出甜菜堿體系2的粒徑在19.3302～33.3564μm之間，平均粒徑26.33μm。甜菜堿體系1的粒徑分布范圍是19.3385～332658μm，平均粒徑為22.5641μm。甜菜堿體系2在平均粒徑及粒徑分布集中程度方面均較體系1好。

2.2 乳狀液穩(wěn)定指數(shù)分析

TSI是一個由儀器測量的原始數(shù)據(jù)背散射和透射的信號直接計(jì)算而得的計(jì)算。它累計(jì)了樣品的所有變化，得到的數(shù)值反映了乳狀液整體的穩(wěn)定程度。TSI值越低越穩(wěn)定。從圖2中可以看出，隨著時間的推移甜菜堿體系曲線有一個逐漸趨于平緩的過程，表明乳狀液體系逐漸趨于穩(wěn)定。在放置過程中，乳狀液濃度不同的兩部分濃集油相的部分上浮，而濃度較大的另一部分沉降，在3 390 s前兩條曲線緩慢上升就是這種現(xiàn)象的直觀反映。從TSI曲線可以得到，甜菜堿體系2的乳狀液穩(wěn)定性較體系1好。

圖2 甜菜堿體系TSI值與時間關(guān)系曲線Fig.2 Relationship between TSI value and time of betaine system

2.3 背散射光圖譜分析

甜菜堿體系乳狀液隨著靜置時間延長會發(fā)生分層現(xiàn)象，包括上浮、沉降、絮凝或聚并。絮凝時,油分子和水分子相互聚集形成三維堆聚體，質(zhì)點(diǎn)間形成一層液膜，即兩相仍存在界面。經(jīng)過震蕩,絮凝的液滴又可以被分開。分層和絮凝是液滴位置的變化過程。聚結(jié)時,絮凝的液珠之間的液膜破裂,最終多個液珠合并成單個液滴,使乳狀液變成單純的油相和水相[8-10]，聚結(jié)是一個不可以逆向進(jìn)行的過程。

圖3和圖4分別是甜菜堿體系乳狀液1、2的分層過程背散射光掃描圖。圖示老化時間開始掃描時為藍(lán)色，結(jié)束掃描時是紅色。從圖3可以看出在樣品瓶底部靜置剛開始就發(fā)生了沉降現(xiàn)象。隨著時間的推移有少許上浮現(xiàn)象。在樣品瓶中部發(fā)生了絮凝或聚并。樣品瓶上部分層現(xiàn)象發(fā)生較晚，原因是樣品制備時分散不均。圖4中，樣品開始時在頂部及底部均可以看到發(fā)生了上浮現(xiàn)象，沉降現(xiàn)象發(fā)生較晚，在中部同樣出現(xiàn)了絮凝或聚并。甜菜堿乳狀液體系沉降及上浮時間開始的越晚越穩(wěn)定，再者分層過程持續(xù)時間越長穩(wěn)定程度越好。所以甜菜堿體系2綜合考慮沉降時間及分層時間優(yōu)于體系1。

圖3 甜菜堿體系1乳狀液背散射光光強(qiáng)與時間及高度關(guān)系圖譜Fig.3 Relationship between light intensity and time and height of the back scattered light of betaine system 1

圖4 甜菜堿體系2乳狀液背散射光光強(qiáng)與時間及高度關(guān)系圖譜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

圖5 甜菜堿體系1粒徑圖Fig.5 Particle size of betaine system 1

圖6 甜菜堿體系2粒徑圖Fig.6 Particle size of betaine system 2

從微分干涉顯微鏡圖中可以直觀地看出甜菜堿體系2的粒徑分布均勻程度較好平均粒徑小于體系1的平均粒徑。可以得出體系2穩(wěn)定性優(yōu)于體系1(圖5-6)。

3 結(jié)論

（1）在剪切速率及溫度條件一定的情況下，甜菜堿復(fù)配體系乳狀從穩(wěn)定分析儀分析得到的結(jié)果與微分干涉顯微鏡圖像直接對比，從直觀的圖像角度與穩(wěn)定分析儀數(shù)據(jù)分析得到相互印證確保了結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（2）甜菜堿復(fù)配體系乳狀液的穩(wěn)定性與甜菜堿的有效濃度有關(guān)，有效濃度大的穩(wěn)定程度高。

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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

國家自然基金，項(xiàng)目號：51374073。

2016-11-08

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