活性原油乳化性能的影響因素研究

曹廣勝 楊曉雨 張志秋 馬驍 李世寧

摘 要： 闡述了活性原油的堵水機理，并且通過室內乳化實驗來研究不同條件對乳狀液形成及穩(wěn)定性的影響。包括：原油粘度、含水率、乳化劑濃度、攪拌強度等。根據(jù)實驗結果得到了相應的規(guī)律，分析確定原油乳化性能的影響因素。

關 鍵 詞：活性原油；乳狀液；乳化性能

中圖分類號：TQ 133 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2017）07-1290-03

Study on the Factors of Influencing Emulsifying Properties of Active Crude Oil

CAO Guang-sheng 1， YANG Xiao-yu 1， ZHANG Zhi-qiu1， MA Xiao 2， LI Shi-ning 1

（1. Northeast Petroleum University， Heilongjiang Daqing 163000，China；

2. Engineering Supervision Center， Jidong Oilfield Company， Hebei Tanghai 063299，China）

Abstract： The water plugging mechanism of active crude oil was explained， and the influence of different conditions on the emulsion formation and stability was studied by the emulsification experiment， such as viscosity of crude oil， moisture content， emulsifier concentration， stirring intention and so on. The corresponding regulations were obtained， and the factors of influencing emulsifying properties of active crude oil were determined according to the experiment results.

Key words： Active crude oil； Emulsifier； Emulsifying property

在油田開發(fā)的后期油井出水的問題常常出現(xiàn)，會導致油層能量降低，從而影響油層的最終采收率降低。因此，須及時注意油井出水動向，研究堵水方法，減少出水，從而提高采收率。活性原油是一種液體分散體型堵劑，堵水不堵油，具有良好的選擇性，對油層無損害，是在聚合物凍膠調堵等技術出現(xiàn)以后發(fā)展起來的一種選擇性堵水技術。

1 活性原油堵水機理

活性原油堵水劑是加入了乳化劑的原油，這種活性原油從油井注入地層，遇到地層水可形成較為穩(wěn)定的油包水型乳狀液，會使粘度上升從而阻止水向油井井底流動，乳狀液由無數(shù)個液珠組成，隨著水含量的增大，形成物理堵塞阻礙水的流動，體系中油滴在進入吼道小于其自身體系時，其前部分曲半徑要小于留在孔隙部分的曲半徑、這樣油滴前部的毛管壓力大于后部的毛管壓力，需要較大的壓力才能通過，許多這種油滴的累積效果是不容忽視的[1]。當乳狀液遇到原油時會被稀釋，粘度下降，流出地層，因此，它是一種對地層沒有傷害的選擇性堵水劑[2]。

2 實驗部分

2.1 實驗儀器

（1）BROOKFIELD DV-Ⅲ+可編程控制式流變儀；

（2）高剪切攪拌乳化機；

（3）BROOKFIELD DV-Ⅰ Prime旋轉粘度計；

2.2 實驗藥品

（1）遼寧錦采原油；

（2）W/O型乳化劑：遼河錦州乳化劑LHJ-1；

（3）蒸餾水。

2.3 實驗步驟

（1）運用BROOKFIELD DV-Ⅲ+可編程控制式流變儀對遼寧錦采原油粘溫關系進行測定。

（2）將一定量的原油和蒸餾水放入恒溫箱中，為配置活性原油做準備；

（3）取一定量恒溫原油及乳化劑放入錐形燒瓶中，攪拌均勻；

（4）將裝有活性原油的錐形燒瓶放入乳化機內，調節(jié)攪拌強度。

（5）在攪拌的同時逐滴加入蒸餾水，之后調好溫度開始計時。

（6）持續(xù)攪拌1 h后，取出乳狀液測量其粘度，并用玻璃棒蘸取液滴滴入盛有蒸餾水的燒杯中，觀察其形態(tài)。

3 實驗結果與討論

3.1 原油的粘溫關系

原油的粘溫關系是指原油粘度隨溫度不同而變化的規(guī)律[3]。通過測量原油的粘溫關系，可以與相同溫度條件下的活性原油進行對比評價（圖1）。

實驗數(shù)據(jù)表明，隨著溫度的升高原油粘度下降得很快，由此可看出溫度對原油粘度的影響不容忽視，在配置活性原油時也應考慮溫度的影響。

3.2 含水率的影響

由表1可見，當含水率介于30%～60%時，在乳化劑濃度為3%，乳化溫度為45℃、攪拌強度為1 000 r/min的條件下，均可乳化成功。當含水率為70%時油水分層不能完全混合乳化失敗。

由于溫度對乳狀液的影響很大，因此進一步測得了在不同溫度下不同含水率的乳狀液的粘度，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得到各乳狀液的粘溫曲線如圖2所示。隨溫度升高，乳狀液粘度下降，其中60%含水率的乳狀液受溫度影響最大。從總體上看，乳狀液的粘度隨含水率的升高而增大。

將不同含水率的乳狀液放入45 ℃恒溫箱中，定期觀察其狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)含水率為30%～60%的乳狀液都能維持在20 d內不破乳，穩(wěn)定性較好。

3.3 乳化劑濃度的影響

由于含水率為60%乳狀液粘度較高，遂選擇配制乳化劑濃度為2%、3%、4%，含水率為60%的錦采原油乳狀液，在45℃條件下觀察其乳化狀態(tài)，并在不同溫度下測量其粘度，實驗結果如表2所示。

根據(jù)圖3可以看出，在含水率相同的條件下，3%乳化劑濃度的乳狀液粘度比其余兩種乳化劑濃度的乳狀液粘度大得多，在堵水方面有更大優(yōu)勢。

說明乳化劑的濃度存在一個臨界值，當?shù)竭_這個臨界值時乳化劑分子在乳液液滴界面上的吸附達到了飽和狀態(tài)，界面能降到最低，繼續(xù)增大用量對乳化效率的提高貢獻不大[4]。

將不同濃度的乳狀液放入45 ℃恒溫箱中，定期觀察其狀態(tài)，含水率為30%～60%的乳化劑濃度3%和4%錦采乳狀液都能維持在20 d內不破乳。乳化劑濃度2%乳狀液含水率60%時即開始破乳，說明要想保持乳狀液的穩(wěn)定性，乳化劑必須達到一定濃度，但如果濃度太高會影響乳狀液的粘度，所以有一個濃度最優(yōu)值。

3.4 攪拌強度的影響

根據(jù)實驗結果可見：當溫度為45 ℃、乳化劑濃度為3%、含水率為60%、攪拌時間為120 min時，攪拌強度在1 000～2 000 r/min之間油水均可混合均勻。攪拌強度為500 r/min時油水分層，乳化失敗，這是由于攪拌強度過低時，不能使油相和水相很好的混合均勻，不易得到穩(wěn)定的油包水型乳狀液。而當攪拌強度過高時，注入的能量也隨之增加，加快了乳狀液滴的破裂[5]。

根據(jù)圖4可以看出，攪拌強度為1 500 r/min時，乳狀液的粘度隨溫度變化緩慢，溫度對乳狀液的粘度影響較小；含水率為攪拌強度為500 r/min時，乳狀液的粘度隨溫度變化最快，此攪拌強度下溫度對乳狀液粘度的影響最大。因此乳化成功的條件下，攪拌強度1 500 r/min形成的乳狀液耐溫性能最好。

將不同攪拌強度的乳狀液放入45 ℃恒溫箱中，定期觀察其狀態(tài)，攪拌強度越高，乳狀液穩(wěn)定性越好；發(fā)現(xiàn)其中攪拌強度為1 000～2 000 r/min的乳狀液穩(wěn)定性能最好，可以維持20 d內不破乳。

4 結 論

（1） 原油粘度與乳狀液粘度有很大關系，一般情況下，原油粘度越大，配制的乳狀液在相同溫度下的粘度越高。

（2） 要成功配制乳狀液存在臨界含水率。含水率越高，乳化劑的乳化能力越好，乳化后乳狀液的初始粘度越高；達到一定值后，繼續(xù)增大含水率，則有可能油水分層，也有可能乳狀液發(fā)生轉相。針對LHJ-1乳化劑，當含水率為70%時，乳化后乳狀液的初始粘度越高，但乳狀液發(fā)生部分轉相。

（3） 乳化劑濃度存在最優(yōu)值。低于最優(yōu)濃度時，乳化劑濃度越高，形成的乳狀液粘度越高，穩(wěn)定性越好；之后繼續(xù)增大濃度，乳狀液粘度降低。針對LHJ-1乳化劑，最優(yōu)的乳化劑濃度為3%。

（4） 溫度對于油包水型乳狀液的粘度影響較大。溫度越高，乳狀液的粘度越小。因此，稠油乳化堵水時須考慮地層溫度對乳狀液粘度的影響。

參考文獻：

[1]張淑華. 乳化稠油堵水劑理化性質研究[J]. 內蒙古石油化工，2008，13：85-86.

[2]蔡金行，袁鵬飛，馬驍，王培龍，宋鑫. 高滲大孔道地層新型乳化稠油堵水劑評價[J]. 林業(yè)科技情報，2014，03：103-105+108.

[3]隋付東. 錦16塊乳化稠油堵水技術研究[D].東北石油大學，2014.

[4]潘建華. 高升油田稠化油緩速乳化堵水技術[J]. 石油地質與工程，2015，05：141-143.

[5]曲兆選，王桂勛. 乳化稠油選擇性堵劑的室內研究[J]. 石油鉆探技術，2003，04：56-58.