室内模拟制备聚驱采出液方案优选及乳化稳定性评价

单莉娜（东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163318）

室内模拟制备聚驱采出液方案优选及乳化稳定性评价

单莉娜
（东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163318）

为研究聚驱采出液中的复杂成分，稳定性以及采出液的处理方法等问题，可以通过室内制备模拟乳状液的方式，并对配制的乳状液进行稳定性评价来确定实验室内制备乳状液时的最佳配制条件。根据正交实验原理设计实验。采用流变仪、Zeta电位仪和激光粒度分析仪进行实验，结合实验结果得到乳状液含水率、温度，含聚浓度等条件对乳状液稳定性的影响规律及主次顺序，进行方案优选，确定最佳配制条件。

乳状液；稳定性评价；正交实验；影响规律；方案优选

目前，三次采油[1,2]技术的逐渐成熟，其中的化学驱[3]作为提高油田开发水平的一项重要的驱油技术，规模逐渐扩大，其中聚合物驱[4]的应用也越来越广泛。与此同时采出液中不可避免的含有较多的聚合物及表面活性剂等成分，导致采出液的粘度高，组分复杂，油水乳化现象严重，原油破乳脱水等过程复杂，处理难度加大，对油田生产系统形成潜在隐患，并且在一定程度上影响炼制工作的正常进行，直接影响化学驱技术的发展，同时影响经济效益，因此，对聚驱的采出液性质进行研究及乳状液的稳定性[5]进行评价，有利于推进化学驱油技术的发展。

1 正交实验设计

为了合理简化实验次数，且不影响实验结果及规律，选择利用SPSS软件正交实验设计模块对验方案进行设计，得到聚合物驱采出液稳定性评价[6]正交实验方案及各组实验结果见图1。

图1 正交实验方案设计及结果Fig.1 Design and results of orthogonal experiment

2 结果与讨论

2.1 流变实验

2.1.1 流变实验理论基础由于采出液符合幂律流体方程，基于幂律流体的本构方程（式1），将流变实验的数据结果进行拟合得到流变方程，将流变方程中的粘稠系数K作为因变量，分析采出液的稳定性。

2.1.2 流变实验结果分析

（1）选择相同温度，相同含水率，不同含聚浓度条件下的各组实验进行对比分析，得到流变性与含聚浓度的定性关系，见图2～5。

图2 含水率60%时流变性与含聚浓度的关系Fig.2 Relationship between rheology and polymer concentration in water contentof 60%

图4 含水率85%时流变性与含聚浓度的关系Fig.4 Relationship between rheology and polymer concentration in water contentof 85%

图5 含水率95%时流变性与含聚浓度的关系Fig.5 Relationship between flow and polymer concentration in water contentof 95%

通过对比相同温度，相同含水率，不同含聚浓度条件下的各组实验的剪切率与粘度之间的关系，可以得到大体规律[7]如下：含聚浓度增加，乳状液粘度增加，乳状液抗剪切能力增强，乳化稳定性增强。剪切率较小时，流体粘度随着剪切率的增加降低比较快；剪切率较大时，流体粘度随着剪切率的增加下降速度变缓，逐渐趋于定值。

（2）利用SPSS软件对流变性实验结果进行定量分析，得到结果如下各表1～4。

表1 乳状液流变性的影响因素检验Tab.1 Testof influencing factors of emulsion rheology

从SPSS方差分析输出的结果可以看出，含水率，温度，含聚浓度3个因素的显著性指数为0.018，0.045，0.009，均小于显著性水平0.05，具有统计学意义，即各因素均与乳状液流变性存在显著性影响，其中影响程度为含聚浓度＞含水率＞温度。

表2 乳状液流变性与含水率的关系Tab.2 Relationship between emulsion rheology and water content

表3 乳状液流变性与温度的关系Tab.3 Relationship between emulsion rheology and temperature

表4 乳状液流变性与含聚浓度的关系Tab.4 Relationship between emulsion rheology and polymer concentration

由表2～4可以得到结论如下：

（1）粘稠系数仅由含水率影响的情况下，粘稠系数均值随着含水率的增加而减小，即随着含水率的增加，乳状液粘度减小，抗剪切能力变差，稳定性变差；（2）粘稠系数由温度影响变化不明显，为42℃时稠度系数最大，稳定性越强；（3）粘稠系数仅由含聚浓度影响的情况下，其均值随着含聚浓度越大而增大，即随着含聚浓度的增加，乳状液粘度增大，抗剪切能力增强，稳定性增强。

2.2 电负性实验

2.2.1 电负性实验理论基础油滴的负电性越强，代表油滴之间的静电斥力越大，油滴间的分离或聚并越困难，即相应的乳状液的稳定性越强。

2.2.2 电负性实验结果分析利用SPSS软件对电负性实验结果进行定量分析，得到结果如下各表5～8。

表5 乳状液电负性的影响因素检验Tab.5 Test of influencing factors of emulsion electronegativity

从SPSS方差分析输出的结果可以看出，含水率，温度，含聚浓度3个因素的显著性指数为0.028，0.046，0.000，均小于显著性水平0.05，具有统计学意义，即各因素均与乳状液电负性存在显著性影响，其中影响程度为含聚浓度＞含水率＞温度。

表6 乳状液电负性与含水率的关系Tab.6 Relationship between emulsion electronegativity and water content

表7 乳状液电负性与温度的关系Tab.7 Relationship between emulsion electronegativity and temperature

表8 乳状液电负性与聚合物浓度的关系Tab.8 Rrelationship between emulsion electronegativity and polymer concentration

由表6～8可以得到结论如下：

（1）负电位仅由含水率影响的情况下，负电位均值随着含水率的增加而减弱，即随着含水率的增加，乳状液稳定性变差；（2）负电位由温度影响变化不明显，为42℃时电负性最强，乳状液稳定性最强；（3）负电位仅由含聚浓度影响的情况下，随着含聚浓度越大，电负性增强，乳状液稳定性增强。

2.3 粒径分布实验

2.3.1 粒径分布实验理论基础油水两相的液滴在剪切作用下会发生絮凝或聚并，形成较大的液滴，液滴粒径越大，越容易进行分离破乳。

2.3.2 粒径分布实验结果根据正交实验方案设计进行实验，得到16组实验结果，以下为其中含水率60%，不同含聚浓度条件下的粒径分布图。

（1）含聚浓度100mg·L-1时，D50=38.02μm；

图6 含水率60%含聚浓度100mg·L-1时粒径分布曲线Fig.6 Particle size distribution curve in water contentof 60% and the polymer concentration of 100mg·L-1

（2）含聚浓度500mg·L-1时，D50=34.16μm；

图7 含水率60%含聚浓度500mg·L-1时粒径分布曲线Fig.7 Particle size distribution curve in water content of 60% and the polymer concentration of 500mg·L-1

（3）含聚浓度700mg·L-1时，D50=30.45μm

图8 含水率60%含聚浓度700mg·L-1时粒径分布曲线Fig.8 Particle size distribution curve in water contentof 60% and the polymer concentration of 500mg·L-1

（4）含聚浓度300mg·L-1时，D50=37.70μm

图9 含水率60%含聚浓度300mg·L-1时粒径分布曲线Fig.9 Particle size distribution curve in water contentof 60% and the polymer concentration of 300mg·L-1

根据是实验结果可以看出：含水率为60%情况下，含聚浓度分别为100，300，500，700mg·L-1时对应的D50分别为38.02，37.70，34.16，30.45μm，可以得到大致规律[8]为随着含聚浓度的增加，乳状液粒径变小，乳状液稳定性增强。

2.3.3 粒径分布实验结果分析利用SPSS软件对电负性实验结果进行定量分析，得到结果如下各表9～12。

表9 乳状液粒径分布的影响因素检验Tab.9 Testof influencing factors of emulsion particle size distribution

从SPSS方差分析输出的结果可以看出，含水率，温度，含聚浓度3个因素的显著性指数均小于显著性水平0.05，具有统计学意义，即各因素均与乳状液粒径分布存在显著性影响，其中影响程度为含聚浓度＞含水率＞温度。

表10 乳状液粒径分布与含水率的关系Tab.10 Relationship between emulsion particle size distribution and water content

表11 乳状液粒径分布与温度的关系Tab.11 Relationship between emulsion particle size distribution and temperature

表12 乳状液粒径分布与聚合物浓度的关系Tab.12 Relationship between emulsion particle size distribution and polymer concentration

（1）粒径分布仅由含水率变化影响的情况下，粒径均值随着含水率的增大而增大，即随着含水率的增大，乳状液稳定性减弱；（2）随着温度的增加，粒径均值增大，乳状液稳定性减弱；（3）粒径分布仅由含聚浓度影响的情况下，随着含聚浓度越大，粒径均值减小，相应的乳状液稳定性增强。

3 结论

（1）含水率，温度，含聚浓度对乳状液的流变性、电负性及粒径分布均存在显著性影响，影响程度为含聚浓度＞含水率＞温度；（2）含水率与乳状液稳定性呈负相关关系，即乳状液的稳定性随着含水率的增加而减弱，直到含水率趋近于1。（3）实验温度对乳状液的稳定性影响并不十分显著，在本次实验中，根据显著性指数可以看出温度对乳状液流变性和电负性的影响程度大于温度对乳状液粒径分布的影响，因此根据流变实验和电负性实验的实验结果，可以认为温度在42℃时乳状液稳定性最强；（4）含聚浓度与乳状液稳定性呈显著正相关关系，即乳状液的稳定性随着含聚浓度的增加而增强；（5）根据本次进行的16组聚驱正交实验，优选出乳状液稳定性最强时配制条件的组合是：含水率65%，温度42℃，聚合物浓度700mg·L-1。

［1］郭万奎，程杰成，廖厂志，等.大庆油田三次采油技术研究现状及发展方向［J］.大庆石油地质与开发，2002，21（3）：1-6.

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［5］李静.驱油剂对原油乳状液稳定性影响规律的研究［D］.东营:中国石油大学,2008.

［6］扬小莉，陆婉珍.有关原油乳状液稳定性研究［J］.油田化学，1998，15（1）：87-96.

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［8］高洪峰.河南油田二元复合驱采出液稳定机理与处理方法研究［D］,大庆:东北石油大学,2011.

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

单莉娜（1992-），女，黑龙江哈尔滨，硕士研究生，主要研究方向为油气集输与矿场加工。