（化学专业论文）化学驱油剂对采出液乳化稳定性的影响规律研究.pdf

s u p e r v i s o r ：p r o f y u a nc u n g u a n g a n d f a n gh o n g b o c o l l e g eo fc h e m i s t r y & c h e m i c a le n g i n e e r i n g c h i n au n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( e a s t c h i n a ) 关于同意使用本人学位论文的授权书 中国科学技术信息研究所是国家科技部直属的综合性科技信息研究和服务 机构，是国家法定的学位论文收藏单位，肩负着为国家技术创新体系提供文献保 障的任务。从六十年代开始，中国科学技术信息研究所受国家教育部、国务院学 位办、国家科技部的委托，对全国博硕士学位论文、博士后研究工作报告进行 全面的收藏、加工及服务，迄今收藏的国内研究生博硕士论文已经达到1 0 0 多 万册。 学位论文是高等院校和科研院所科研水平的体现，是研究人员辛勤劳动成果 的结晶，也是社会和人类的共同知识财富。为更好的利用这一重要的信息资源， 为国家的教育和科研工作服务，在国家科技部的大力支持和越来越多的专家学者 提议下，中国科学技术信息研究所和北京万方数据股份有限公司承担并开发建设 了中国学位论文全文数据库的加工和服务任务，通过对学位论文全文进行数 字化加工处理，建成全国最大的学位论文全文数据库，并进行信息服务。 本人完全了解中国学位论文全文数据库开发建设目的和使用的相关情况， 本人学位论文为非保密论文，现授权中国科学技术信息研究所和北京万方数据股 份有限公司将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服 务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其他 媒体发表论文的权利。 论文题目：丝堂塑油型盟墨出遗乳丝叠定丝数毖堕趣徨殛究 毕业院校：生垦丕油太堂( 堡壅2 毕业时间：2 0 1 0 生 论文类型：博士论文 口 博士后研究报告口 硕士论文 同等学力论文 囤 口 授权人签字：常玉霞 日期：2 0 1 0 年6 月1 日 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 章至叁 日期：2 。i 口年f 月2 7 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷 版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和 复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他 复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：盟 指导教师签名：乏多心牡 日期：2 d l o 年 日期：功加年 ， 1 - - 月29 日 ， j , - 月彳日 l 摘要 二元复合驱是世界各国应用最多的三采化学驱油技术之一，其优点是大幅度提高了 剩余油的采收率。但二元复合驱采出液乳化状态复杂，包括o w 、w o 、w o w 等乳 化类型，并且是非常稳定的混合乳状液，因此油水分离难度很大。 本文采用模拟现场采出液实验室配制的w o 乳状液研究了聚合物和表面活性剂对 采出液表观粘度、液滴直径及油水界面粘弹性质的影响规律及w o 乳状液乳化、稳定 和破乳的行为。实验结果表明，制备获得的w o 乳状液的稳定性与配制时的临界剪切 强度密切相关，当搅拌器转速为1 6 0 0 r m a n 1 、时间为l o m i n 时，制备的乳状液体系与现 场采出液接近。聚合物和表面活性剂均能增大w o 乳状液的表观粘度，从而增强乳状 液的稳定性。当聚合物浓度为4 0 0 m g l d 时，乳状液粘度达到极大值，而乳状液粘度则 一直随表面活性剂浓度增大而增加。聚合物和表面活性剂浓度的增大均导致w o 乳状 液的水珠粒径减小、分布集中。表面活性剂对乳状液粒径的影响要大于聚合物的。聚合 物、表面活性剂的存在可改变油水界面膜的流变性，提高界面的扩张模量，增大界面膜 的强度，增加乳状液的稳定性。实验证明聚合物和表面活性剂对原油乳化所起的作用是 协同作用。根据以上规律和热沉降法对乳状液稳定性的研究的结果，筛选出了效果较好 的破乳剂为j 2 1 1 。在温度为5 0 、j 2 1 1 浓度为6 0 m g l 1 时，乳状液的脱水率超过9 0 ， 破乳效果理想。 关键词：二元复合驱采出液：粘度；液滴直径；界面扩张粘弹性；破乳 a s t u d yo ni n f l u e n c eo fc h e m i c a lo i ld i s p l a c e m e n ta g e n t so n p r o d u c e dl i q u i d ss t a b i l i t y c h a n gy u - x i a ( a p p l i e dc h e m i s t r y ) d i r e c t e db yp r o f e s s o ry u a nc u n - - g u a n ga n df a n gh o n g - - b o a b s t r a c t s u r f a c t a n t p o l y m e r f l o o d i n gi so n eo ft h em o s ta p p l i e dc h e m i c a lf l o o d i n gt e c h n o l o g i e s o ft e r t i a r yo i lr e c o v e r yi nm a n yc o u n t r i e sa l lo v e ft h ew o r l d ，w h i c hh a st h ea d v a n t a g eo f i m p r o v i n gt h er e c o v e r yo fr e m a i n i n gc r u d eo i l b u tt h ep r o d u c e df l u i df l o o d e db ys u r f a c t a n t a n dp o l y m e ri sac o m p l i c a t e da n d m i x e de m u l s i o n , w h i c hc o n s i s t so fd i f f e r e n tk i n d so fs t a b l e e m u l s i o n s ，s u c ha so w 、w oa n dw o we m u l s i o n s ，r e s u l t i n gi nad i f f i c u l to i l w a t e r s e p a r a t i o n i nt h i sp a p e r , t h ee f f e c to fp o l y m e ra n ds u r f a c t a n to na p p a r e n tv i s c o s i t y , d r o p l e ts i z ea n d o i l - w a t e ri n t e r f a c i a ld i l a t i o n a lv i s c o e l a s t i c i t ya n dt h es t a b i l i t y , d e m u l s i f i c a t i o nh a sb e e n s t u d i e db yu s i n gl a b o r a t o r yp r e p a r e dw oe m u l s i o ns i m u l a t i n go n s i t ep r o d u c e dl i q u i d t h e r e s u l t ss h o w ：t h es t a b i l i t yo fw oe m u l s i o ni sc l o s e l yr e l a t e dt ot h ep r e p a r e dc r i t i c a ls h e a r s t r e n g t h t h ee m u l s i f y i n ge x t e n to fe m u l s i o np r e p a r e dw i t hs p e e d1 6 0 0 r m i n l a n dm i x i n g t i m eo flo m i ni sc l o s et ot h e a c t u a ls i t u a t i o n p o l y m e ra n ds u r f a c t a n tc a ni n c r e a s et h e v i s c o s i t yo fw oe m u l s i o n ，t h e r e b ye n h a n c i n gt h es t a b i l i t yo ft h ee m u l s i o n t h ev i s c o s i t yo f e m u l s i o nr e a c h e sam a x i m u mv a l u ew h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fp o l y m e ri s4 0 0m g l - 1 ，w h i l e t h ee m u l s i o nv i s c o s i t yi n c r e a s e sw i t ht h es u r f a c t a n tc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s i n g t h ei n c r e a s i n g o ft h ec o n c e n t r a t i o no fp o l y m e ra n ds u r f a c t a n tc a nl e a dt od r o p l e t ss i z ei nw oe m u l s i o n d e c r e a s i n ga n dd i s t r i b u t i o nc o n c e n t r a t i n g t h ee f f e c to fs u r f a c t a n to nt h ep a r t i c l es i z e i s g r e a t e rt h a nt h ep o l y m e r s p o l y m e ra n ds u f f a c t a n tc a nc h a n g et h er h e o l o g i c a lo fi n t e r r a c i a l f i l m s ，i n c r e a s ed i l a t i o n a lm o d u l u so fo i l - w a t e ri n t e r f a c e ，a n de n h a n c et h ei n t e n s i t yo f i n t e r r a c i a lf i l m sa n dt h es t a b i l i t yo ft h ee m u l s i o n t h er e s u l t so b t a i n e df r o mt h i ss t u d y i l l u s t r a t et h a tt h ee f f e c to fp o l y m e ra n ds u r f a c t a n to nt h ee m u l s i f i c a t i o no fc r u d eo i li s s y n e r g e t i ce f f e c t b a s e do nt h ea b o v el a w s ，h e a t i n gm e t h o di sb e e nu s e dt os t u d yt h es t a b i l i t y o ft h ee m u l s i o n , a n df o u n dt h a tj 211i sab e t t e r - d e m u l s i f i e r t h ef i n a ld e h y d r a t i o nr a t eo f n e m u l s i o na l eo v e r9 0 a n dt h ee f f e c to fd e m u l s i f i c a t i o ni ss a t i s f y i n gw h e nt h eh e a t i n g t e m p e r a t u r ei s5 0 。ca n dt h ec o n c e n t r a t i o no f j 2 1 1i s6 0 m g l 一 k e yw o r d s ：s u r f a c t a n t p o l y m e r - f l o o d i n g ；v i s c o s i t y ；d r o p l e ts i z e ；i n t e r f a c i a ld i l a t i o n a l v i s c o e l a s t i c i t y ；d e m u l s i f i c a t i o n 目录 第一章前言l 1 1 课题的目的和意义1 1 2 复合驱采出乳状液的形成与稳定机理2 1 2 1 三次采油简述2 1 2 2 复合驱采出液中水的来源2 1 2 3 复合驱乳状液的形成条件。3 1 2 4 影响乳状液稳定性的因素3 1 3 乳状液的破乳概论6 1 3 1 乳状液破乳的微观机理6 1 3 2 乳状液破乳机理研究进展7 1 3 3 油田乳状液破乳方法研究进展。8 1 3 4 破乳剂的破乳机理1 0 1 3 5 破乳剂的作用机理研究进展1 0 1 4 采出液处理技术研究进展1 l 1 4 1 国内油田三次采油化学驱采出液处理技术研究进展l l 1 4 2 国外对化学驱采出液破乳的研究1 2 1 5 本课题的研究内容1 3 第二章试验部分1 4 2 1 试剂与仪器。1 4 2 1 1 试验试剂1 4 2 1 2 试验所用仪器1 4 2 2 试验装置1 4 2 2 1 乳状液制备装置1 4 2 2 2 粘度测定装置1 5 2 2 3 水珠粒径测量装置1 6 2 2 4 界面粘弹性测量装置1 6 2 3 试验方法及原理1 8 2 3 1 原油乳状液的配制1 8 2 3 2 原油乳状液的表观粘度1 8 2 3 3 原油乳状液粒径大小及分布1 9 2 3 4 油水界面粘弹性2 0 2 3 5 破乳剂的评价2 2 2 4 油水乳状液成分的分析方法。2 2 2 4 1 原油中含水量的分析2 2 2 4 2 水中含油量的分析 第三章结果与讨论 3 1 研究采用的油田采出液的基本性质 3 1 1 坨三水驱采出液 3 1 2 孤岛含聚采出液 3 1 3 本研究使用的采出液的基本性质 3 2 本研究采用的w o 乳状液的制各条件 3 3 驱油剂对w o 乳状液表观粘度的影响 3 3 1 聚合物对w o 乳状液表观粘度的影响 3 3 2 表面活性剂对w o 乳状液表观粘度的影响 3 3 3 聚合物表面活性剂二元组分对w o 乳状液表观粘度的影响 3 3 4 剪切速率对w o 乳状液表观粘度的影响 3 4 驱油剂对w o 乳状液粒径的影响 3 4 1 表面活性剂对w o 乳状液粒径的影响 3 4 2 聚合物对w o 乳状液粒径的影响 3 5 驱油剂对油水界面粘弹性的影响 3 5 1 表面活性剂对界面粘弹性的影响 3 5 2 聚合物对界面粘弹性的影响 3 5 3 聚合物表面活性剂二元组分对界面粘弹性的影响 3 6 二元复合驱乳状液的破乳研究 3 6 1 破乳剂的筛选 3 6 2 表面活性剂对乳状液破乳的影响 3 6 3 聚合物对乳状液破乳的影响5 4 结论5 7 参考文献5 8 致谢6 2 中国石油大学( 华东) 硕士毕业论文 1 1 课题的目的和意义 第一章前言 随着工业的迅速发展，世界各国对石油的需求量越来越大，自1 9 9 3 年，我国已从石 油出口变为石油进口【1 1 。一次采油借助于天然能量进行开采，二次采油通过向地层注水 维持地层压力进行开采，两种采油技术只能采出原始地层储量的1 3 左右 2 1 。因此能将地 层残留的6 0 o 7 0 原油采出的强化采油技术( e n h a n c e do i lr e c o v e r y ) 己成为举世瞩目的 课题。迄今为止，人们研究开发了多种强化采油技术，包括混相驱油、热力驱油、微生 物驱油，泡沫驱油、化学驱油等方法 3 1 。各种方法适用于不同的地层条件和油藏条件， 根据我国油田提高石油采收率潜力预测分析，我国东部陆上油田多属河流沉积，油藏储 层的非均质严重，原油粘度较大，较适合聚合物驱等化学驱技术。目前，化学驱是胜利 油田提高采收率的主要手段。 化学驱是指通过加入化学剂，以提高注入液粘度或降低驱替相与原油之间的界面张 力来达到提高采收率的方法。从目前的发展来看化学驱主要包括聚合物驱、碱驱、以及 复合化学驱等方法。这些方法最终使原油多以乳状液形式被采出。据统计，世界开采出 的原油有近8 0 以原油乳状液形式存在 4 1 。在油井开采的初期会有极少量不含水原油， 但是随着开采的进行很快会出现原油含水。原油中的含水量很少会停留在一个稳定的水 平，一般在1 0 , - - , 5 0 的水平【5 】。当油井开采进入中后期后，原油中的含水量会急剧上升 6 1 ，目前胜利油田原油的含水量一般高达9 0 以上。就世界范围而言，人们普遍认为原 油的日采出量与夹带水量相当【7 】。原油中的水和杂质会增加管线、储罐的负荷，腐蚀管 线和设备，甚至影响石油加工和炼制，排放水中的含油则会造成环境污染和油的浪费【8 】。 为了生产的正常进行，必须破坏这些复杂乳状液，达到油水分离的目的，使外输油含水 o：s 0s1 01 5 2 5 水珠直径岬 图3 1 2 低浓度下聚合物含量对乳状液水珠粒径分布曲线的影响 f i g3 - 1 2 t h ee f f e c to fl o w l yp o l y m e rc o n c e n t r a t i o n0 1 1w a t e rd r o p l e ts i z ed i s t r i b u t i o nc l l r v e 聚合物浓度：一_ o ；一卯m 譬l ；一一l m g l 一；一2 0 0 m g l 1 ；3 0 0 m g l - 1 3 9 住 8 6 4 2 o n 第三章结果与讨论 由所拍测试照片进行粒径分析及数据处理，得到较低浓度下聚合物对w o 乳 中水珠直径的分布曲线影响实验结果见图3 1 2 。 由图3 。1 2 可知，在聚合物浓度低于3 0 0 m g l 以时，随聚合物浓度的增大，乳状 水珠的直径分布曲线向小粒径方向移动。当聚合物小于l o o m g l - 1 时，水珠直径分 呈现峰平而宽的趋势，表明乳状液粒径分布不集中；当聚合物浓度大于l o o m g l 。1 分布曲线中峰要尖锐一些，说明乳状液中粒径分布变的相对集中，表明聚合物的存 大了乳状液的稳定性。 较高浓度下聚合物对w o 乳状液中水珠直径的分布曲线影响实验结果见图3 1 4 1 2 1 0 8 n 6 4 2 0 051 01 52 02 53 0 水珠直径皿 图3 1 3 较高浓度下聚合物含量对乳状液水珠粒径的影响 f i g3 - 1 3 t h ee f f e c to fh i g h l yp o l y m e rc o n c e n t r a t i o no nw a t e rd r o p l e ts i z ed b t h b u f i o nc u r v e 聚合物浓度：一_ 3 0 0 m g l 一；一4 0 0 m g l - 1 ；一5 0 0 m 分l 一；一6 0 0 m g l 1 由图3 1 3 可知，当体系中聚合物浓度在3 0 0 - - 6 0 0 m g l 以时，随聚合物浓度的增大， 乳状液的水珠直径分布曲线的变化很小，水珠粒径最大在2 2 i m a 左右，最小为2 p m 。 聚合物浓度对乳状液中水珠分布曲线峰值的影响见图3 1 4 。 中国石油大学( 华东) 硕士毕业论文 0 o o2 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0 聚合物浓度m g l 。1 图3 - 1 4 不同聚合物含量下乳状液粒径的峰值 f i g3 - 1 4 t h ee f f e c to fp o l y m e rc o n c e n t r a t i o no np e a kd i a m e t e r 由图3 1 4 看出，随聚合物浓度的增加，乳状液中水珠粒径的峰值先减小后保持不 变。在不含驱油剂的乳状液中，体系粒径分布曲线的峰值在l l t t m 处，当聚合物浓度在 3 0 0 , - , 6 0 0 m g l d 时，乳状液中水珠直径的峰值在6 p m 左右，而含表面活性剂乳状液的水 珠直径峰值最小的为3 1 t i n 。对比图3 1 0 和图3 1 4 可知，聚合物对w o 乳状液粒径的 影响要低于表面活性剂的影响。这是由于聚合物会通过空间位阻作用影响乳状液粒径的 大小。聚合物吸附在油水界面后，其分子链远远伸入油相，产生很大的空间阻碍作用， 使不同水滴间保持一定的距离，水滴的碰撞聚并因此受到抑制，所以在低浓度( 低于 3 0 0 m g l d ) 下，油包水乳状液中水滴直径随聚合物浓度的增加而减小。 当模拟水中含有聚合物时，在剪切作用下油水两相形成小液滴，由于聚合物本身具 有絮凝作用，其含量的升高会促进了水滴的絮凝。因此，在一定的剪切速率下，液滴的 形成速率与絮集、聚并速率将达到平衡，所形成的水滴大小是有限度的，而不是随聚合 物浓度的增大一直减小。 综上所述，在搅拌速度、时间恒定时，随聚合物浓度的增大，乳状液中水珠的粒径 分布曲线向小半径方向移动。当聚合物浓度超过3 0 0 m g l - 1 时，乳状液中水珠直径分布 曲线中小粒径的液珠最多，且分布集中，属于难破乳的体系。 4 1 住 ” 9 8 7 6 5 4 3 水珠直径售 第三章结果与讨论 3 5 驱油剂对油水界面粘弹性的影响 流体界面是分隔两相邻流体的一个有限厚度的区域。流体界面能自动从相邻体系中 吸附两亲分子( 如聚合物、表面活性剂等) ，从而导致流体界面变成高度结构化的有一 定结构强度的薄膜，使得流体界面的界面流变性不同于体相的流变性。研究发现，这些 膜类似于固态或半固态，它在液滴聚并过程中减小了液膜的排液速率，从而提高了乳状 液的稳定性。原油被乳化形成乳状液后，油水界面膜粘弹性与乳状液的稳定性有重要 的关系。 研究二元复合驱体系中驱油剂对界面粘弹性质的影响可以加深对乳状液稳定机理 的理解，得到聚合物和表面活性剂在油水界面行为的相关信息。过去人们对二元复合 驱体系界面性质的研究大都集中在界面张力研究领域，缺乏对其流变性质的探索。本文 研究了二元复合驱体系中驱油剂对油水界面粘弹性的影响，研究表面活性剂、聚合物作 用下油水界面的粘性模量、弹性模量、复数模量和复数粘度的变化规律，分析二元复合 驱采出液稳定存在的原因。 本文采用振荡剪切测定( 仪器为m a l v e m 流变仪) 方法，油相为外输油，水相为不 同浓度聚合物或表面活性剂的水溶液。为使物料处于线性粘弹性范围，故仪器转子的偏 转角视物料的性质而定，一般1 。为保证剪切振荡不破坏原油的结构，确定小振幅 振荡剪切应力幅值为0 1 p a ，振荡频率统一取为1 h z 。 图3 1 5 为不含驱油剂条件下的界面粘弹性曲线。 1 0 曩 山 ： o _ 0 0 0 1 图3 - 1 5 无驱油剂存在时的油，水界面粘弹性曲线 f i g3 - 1 5 t h ef l o ws t r e s sc u r v em e a s u r e do nn oo i ld i s p l a c e m e n ta g e n t 4 2 o 4 0 3 刁 0 1 0 o 0 中国石油大学( 华东) 硕士毕业论文 由图3 1 5 可见，不含聚合物和表面活性剂的油水界面的弹性模量( g ) 大小在0 2 p a 左右，粘性模量( g ) 数值在0 5 8 p a 左右，复数粘度( r i 宰) 的数值在o 1 p a s 左右， 图中6 表示相位角，约为7 5 。随时间的变化，油水界面的弹性模量、粘性模量和复 数粘度均呈现微弱的增大的趋势，但是在测量时间内弹性模量和粘性模量的曲线并没有 交叉，表明没有形成界面过渡层。当乳状液中含有不同浓度的表面活性剂和聚合物时， 测定的油水界面粘弹性曲线与无驱油剂存在时测定的类似，粘性模量和弹性模量也没 有交叉的情况，但是粘性模量、弹性模量和复数粘度的数值均比空白条件下测定的数值 大。 3 5 1 表面活性剂对界面粘弹性的影响 按实验方法2 3 4 ，研究了不同浓度的表面活性剂作用下油水界面的粘弹性质，分 别取测定时间内复数模量、弹性模量、粘性模量和复数粘度的平均值。不同浓度的表面 活性剂作用下油水界面弹性模量和粘性模量变化规律的试验结果如图3 1 6 所示。 01 0 02 0 0 3 4 0 0 , 5 0 06 0 0 表面活性剂浓度g l 1 图3 1 6 表面活性剂对油，水界面弹性模量和粘性模量的影响 f i g3 - 1 6 t h ee f f e c to fs u r f a c t a n to no i l w a t e ri n t e r f a c i a le l a s t i c i t ym o d u l u sa n dv i s c o s i t ym o d u l u s 一弹性模量；一粘性模量 由图3 1 6 可知，油水界面的弹性模量和粘性模量均随表面活性剂浓度的增大呈现 增大的趋势。在低浓度( o 2 0 0 m g l - 1 ) 时，粘性模量随表面活性剂浓度增加而迅速增大， 当表面活性剂浓度在2 0 0 “o o m g l 1 之间时，粘性模量随其浓度的增加的增幅明显减缓； 弹性模量则始终随表面活性剂浓度的增加而缓慢增大。界面弹性模量是衡量膜的自修复 4 3 o 8 6 4 2 0 8 6 4 2 o 如 ” ” 他 仙 吆 粘弹性模量p 第三章结果与讨论 能力的重要指标，弹性模量越大，界面膜的自修复能力就越大，油水界面膜就相对越 稳定。上述结果说明在表面活性剂的作用下，油水界面膜的强度增大，乳状液稳定性增 强。 出现上述规律的原因是：油水界面形成后，模拟水中溶解的表面活性剂分子会界 面快速扩散。由于表面活性剂分子中既存在亲水基又有亲油基，因此在界面上的吸附能 力远强于原油中存在的天然活性物质的吸附能力，容易将原油中的界面活性组分从界面 上置换下来，从而使界面表现出以表面活性剂为主的扩张粘弹性特征。对一般的表面活 性剂体系而言，体相和界面之间的快扩散过程占有较为重要的地位，所以在低浓度时可 与原油中的界面活性分子在界面上形成混合吸附膜，扩张模量因而迅速增大；在高浓度 时，界面对表面活性剂的吸附趋于饱和，此时，界面扩张模量表现为接近单独表面活性 剂的扩张性质，扩张模量随表面活性剂浓度增加缓慢。 不同浓度的表面活性剂作用下油水界面复数模量变化规律的试验结果见图3 1 7 。 复 数 模 量 孑 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 表面活性剂浓度m g l - 1 图3 1 7 表面活性剂对油水界面复数模量的影响 - f i g3 - 1 7 t h ee f f e c to fs u r f a c t a n to no i l w a t e ri n t e r f a c i a lc o m p l e xm o d u l u s 从图3 1 7 看出，不同浓度的表面活性剂作用下，界面复数模量的变化规律与粘性 模量的变化规律类似。复数应力与复数应变的比值为复数模量，即：g + = g + i g ”，实数 部分代表弹性模量，与界面张力梯度有关，表征油水界面膜反抗形变的能力；虚数部 分代表粘性模量，反映界面膜的粘性性质。 2 o 8 6 4 2 o 8 6 2 2 ， 1 1 1 1 0 o 中国石油大学( 华东) 硕士毕业论文 表面活性剂对油水界面复数粘度的影响如图3 1 8 所示。 o o1 0 02 0 03 0 04 5 0 06 7 表面活性剂浓度m g l - 1 图3 1 8 表面活性剂对油，水界面复数粘度的影响 f i g3 - 1 8 t h ee f f e c to f s u r f a c t a n to no i l w a t e ri n t e r f a c i a lc o m p l e xv i s c o s i t y 由图3 1 8 可知，界面复数粘度的变化规律同复数模量类似，在表面活性剂浓度为 2 0 0 m g l 1 时存在明显的拐点。复数应力与复数剪切速率的比值定义为复数粘度，比值越 大，表明油水界面膜的稳定性越强。这种粘弹性膜能大大提高空间位阻，导致液滴间 液膜变薄的速率减小，进一步降低了液滴破裂的速率，提高了乳状液的稳定性。 综上所述，表面活性剂作用下，油水界面的弹性模量、粘性模量、复数模量和复 数粘度都有很大程度的增加，界面膜的粘弹性增强，提高了乳状液的稳定性。实验结果 o 还发现，当体系中的表面活性剂浓度达到2 0 0 r a g l 。1 时油水界面的弹性模量、复数模量 和复数粘度都出现由快速上升到增速减缓的拐点，说明当表面活性剂浓度超过 2 0 0 r a g l d 时，油水界面膜强度的变化随表面活性剂浓度的趋于平缓，乳状液的破乳变 的非常困难。 3 5 2 聚合物对界面粘弹性的影响 按实验方法2 - 3 4 ，研究了不同浓度的聚合物作用下油水界面的粘弹性质，分别取 测定时间内复数模量、弹性模量、粘性模量和复数粘度的平均值 不同浓度的聚合物对油水界面弹性模量和粘性模量的影响结果见图3 1 9 。 4 5 弱 弓 侣 伯 o o 0 o o o 复数粘度、i)as-i 第三章结果与讨论 o1 2 3 0 0 4 5 6 聚合物浓度m g l 。1 图3 1 9 聚合物对油，水界面弹性模量和粘性模量的影响 f i g3 - 1 9 t h ee f f e c to fp o l y m e ro l lo i l w a t e ri n t e r f a c i a le l a s t i c i t ym o d u l u sa n dv i s c o s i t ym o d u l u s 一弹性模量；一一粘性模量 图3 1 9 看出，油水界面的弹性模量和粘性模量均随聚合物浓度的增大而增大，这 是因为聚合物分子扩散到界面后，由于与原油中的天然活性分子间存在范德华引力和氢 键作用，部分聚合物分子扩散并吸附到界面上，并且与原油中的活性分子形成混合聚集 体，增强了界面的位阻稳定效应，在一定程度上增加了油水界面的粘弹性，增大了界 面膜的强度，使水滴难以聚并，提高了乳状液的稳定性。 比较图3 1 6 和3 1 9 可以看出，图3 1 9 中的数据明显偏小，说明在相同时间内，聚 合物对油水界面粘弹性模量的影响远小于表面活性剂的影响。原因可能是聚合物是一 种高分子化合物，分子量远高于表面活性剂的分子量，其在界面上没有快速扩散过程， 导致聚合物从水相到油水界面的扩散非常困难。 不同浓度的聚合物对界面复数模量的影响结果见图3 2 0 。 1 o 9 8 7 6 5 4 3 2 1 o 1 1 o o o o 0 o o o o 0 粘弹性模量p 图3 - 2 0 聚合物对油水界面复数模量的影响 f i g3 - 2 0 t h ee f f e c to fp o l y 7 m e ro ho i l w a t e ri n t e r f a c i a lc o m p l e xm o d u l u s 由图3 - 2 0 可知，聚合物作用下界面复数模量的变化规律同粘性模量的变化规律相 似，随聚合物浓度的增大而增大，在聚合物浓度为5 0 0 r a g l 。1 时达到最大值。 聚合物对界面复数粘度的影响结果见图3 2 l 。 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 0 聚合物浓度m g l - 1 图3 - 2 1 聚合物对油t g 界面复数粘度的影响 f i g3 - 2 1 t h ee f f e c to fp o l y m e ro ro i l w a t e ri n t e r f a c i a lc o m p l e xv i s c o s i t y 由图3 2 1 可知，随聚合物浓度的增大，复数粘度呈现增大的趋势，在聚合物浓度 为5 0 0 r a g l - 1 时达到最大值。复数粘度为复数应力与复数剪切速率之比，其值越大，说 明油水界面膜的稳定性越强，乳状液的稳定性越强。 4 7 侣 他 住 竹 n n o o o 复数粘度ps 第三章结果与讨论 综上所述，体系中聚合物的浓度越大，油水界面的粘弹性越强，乳状液越稳定， 并且当聚合物浓度为5 0 0 m g l 。1 时，形成的油水界面膜的强度最大。但在相同时间内， 聚合物对界面粘弹性的影响低于表面活性剂的影响。 3 5 3 聚合物表面活性剂活性二元组分对界面粘弹性的影响 均匀试验设计就是只考虑试验点在实验范围内均匀分布的一种试验设计方法，是部 分因子设计的主要方法之一，与正交试验设计相比，均匀设计给试验者更多的选择，从 而有可能用较少的试验次数获得期望的结果。本文采用均匀试验设计研究了聚合物表 面活性剂体系对油水界面粘弹性的影响。表3 5 为均匀试验设计的方案。 表3 - 5 均匀设计试验方案 t a b l e3 - 5t h ee x p e r i m e n tt a b l eo fu n i f o r m d e s i g n 按实验方法2 3 4 和表3 7 的实验方案，研究了聚合物、表面活性剂共同作用下油 水界面的粘弹性质的实验结果见表3 - 6 。 表3 石表面活性剂、聚合物共同作用下油，水界面扩张粘弹性数据 t a b l e3 - 6t h ee f f e c to f s u r f a c t a n ta n dp o l y m e ro ni n t e r r a c i a lv i s c o e l a s t i c i t yp a r a m e t e r 由表3 6 可知，当二元复合驱用驱油剂与乳状液同时存在时，7 号试验的复数粘度 最大，1 号试验的复数粘度最小，复数粘度试验号由大到小的顺序依次为7 、6 、4 、5 、 2 、3 、1 号，含表面活性剂聚合物二元驱油剂的复数粘度均比空白乳状液的要大。复数 粘度增大说明表面活性剂和聚合物增大了油水界面膜的强度，增强了乳状液的稳定性， 更不利于破乳分离。 中国石油大学( 华东) 硕士毕业论文 当体系中同时存着表面活性剂和聚合物时，油水界面的粘弹性数据明显增大。对 于聚合物表面活性剂组分体系，界面上既存在插入其中的高分子链，也存在吸附的活 性物质，其油水界面扩张粘弹性明显不同于单组分体系。二元复合驱用驱油剂在乳状 液中同时存在时，聚合物和表面活性剂具有协同作用，作用机理比单组分时复杂。试验 还说明在原油乳化时二元复合驱油剂的乳化作用相互影响，并非单纯的叠加，但是均比 聚合物或表面活性剂单独作用时影响大。 3 6 驱油剂对乳状液破乳效果的影响 3 6 1 破乳剂的筛选 试验用药剂为实验室合成的三个系列的2 7 种破乳剂，按方法2 3 1 配制乳状液，在 5 0 。c v ，分别加入浓度为6 0 m g l d 的破乳剂，考察不同破乳剂对乳状液破乳脱水的影响， j 1 系列破乳剂对乳状液破乳脱水的影响见图3 2 2 。 o柏1 0 01 2 0 脱水时间m i n 图3 - 2 2j 1 系列破乳剂作用下乳状液脱水率脱水时间的关系 f i g3 - 2 2 t h ee f f e c to f j 1d e m u l s i f i e ro ne m u l s i o nd e h y d r a t i o nr a t e - t i m e 药剂名称：一一j l l l ；一j 1 1 2 ；一j 1 1 3 ：一1 l j l 2 l ； j l j 1 2 2 ；二j 1 2 3 ；一、1 1 3 l ；l j 1 3 2 ；j 1 3 3 ；空白 由图3 2 2 可知，在5 0 时，j 1 系列破乳剂中j l l l 的脱水速率最快，并且最终脱水 率也最高，为破乳效果最好的药剂。j 1 1 2 的最终脱水率要略高于j 1 1 3 ，但是其脱水速 率要低于j l1 3 。j 1 2 1 、j 1 2 2 的最终脱水率与j l1 2 没有太大区别，但是其脱水速率略慢。 药剂j 1 3 1 、j 1 3 2 、j 1 3 3 不论从脱水速率还是最终脱水率来看都不是理想的破乳剂。 j 2 系列破乳剂对乳状液破乳脱水的影响见图3 2 3 。 4 9 柏 o 脱水率 第三章结果与讨论 8 0 o柏801 0 01 2 0 脱水时间l i n 图3 - 2 3j 2 系列破乳剂作用下乳状液脱水率脱水时间的关系 f i g3 2 3 t h ee f f e c to fj 2d e m u l s i f i e ro ne m u l s i o nd e h y d r a t i o nr a t e - t i m e 药剂名称