聚丙烯酰胺/吡咯林二元驱兼具较高的体相黏度、较好的界面黏弹性和较低的油水界面张力，在提高波及系数的同时，还能提高洗油效率。室内驱油实验结果表明，聚合物/表面活性剂二元驱油体系可提高采收率20%以上[1-2]。但是驱油剂的残留增强了原油乳状液的稳定性，给采出液的破乳脱水带来了困难[3-7]。目前，胜利油田总计有163台三相分离器，来液经过分水设备分离后原油含水平均在35%~45%，油中含水率达不到原油外输小于0.5%的要求；同时污水含油500~2 000 mg/L，给污水回注处理造成很大压力。
针对胜利油田孤岛原油，研究了聚丙烯酰胺、吡咯林及其二元驱对原油乳状液稳定性的影响；通过油水界面性质包括油水界面张力和水相油滴Zeta电位及水相电导率等研究驱油剂与原油乳状液稳定性的影响规律，为解决化学驱采出液的油水分离困难的现状提供指导。
孤岛油田原油油样，密度0.883 7 g/ mL，含水<0.5%(w)，泥沙0.57%(w)；孤岛油田采出水，矿化度5 033 mg/L(NaHCO3型)；部分水解聚丙烯酰胺HPAM，相对分子质量2 000万，水解度21%，山东东营盛立化工有限责任公司；表面活性剂(吡咯林)，胜利油田采油院提供；一种商品破乳剂BSE-238(非离子型)，山东滨州滨化公司；无水乙醇和甲苯均为分析纯试剂。
DDS-11A电导率仪，上海第二分析仪器厂；JJ-2/100W型电动搅拌器，江苏金坛市医疗仪器厂；JS94H型微电泳仪，上海中晨数字技术设备有限公司。
将原油与采出水按照体积比1:1混合，加入驱油剂后，在60 ℃水浴中搅拌1.5 h，转速为1 000 r/min，制得含水率为50%的均匀乳状液，备用。
根据SY 5281-1991《破乳剂使用性能检验方法-瓶试法》计算脱水率fi。
乳状液稳定性用SV值来表征，即：
式中：ki为加权系数，对应的脱水时间为15、30、45、60、75、90、105、120 min，ki取1、2、3、4、5、6、7、8，0 < SV < 21，SV值越大，表示乳状液的稳定性越好。
采用滴体积法(GB/T 11985-1989《表面活性剂界面张力的测定滴体积法》改进)测定界面张力，先将待测溶液与蒸馏水混合，60 ℃恒温，将孤岛油田原油油样配成质量分数为5%的甲苯模型油，用注射器向混合溶液中注入5%甲苯模型油油滴，计算油滴体积V，油滴与水相的界面张力γ(mN/m)、密度差和所悬此液滴的毛细管滴头半径的关系见式(3)。
式中：ρ1为混合溶液密度，kg /m3；ρ2为甲苯模型油密度，kg /m3；V为液滴体积，m3；g为重力加速度，m/s2；r为注射器针头半径，m。
取破乳脱水实验中两相分离后的下层水相，采用DDS-11A电导率仪(DJS电极)，在室温下测定其水相的电导率；采用JS94H型微电泳仪，在室温下测定其水相的Zeta电位；采用马尔文激光粒度仪(Malvern Mastersizer S)，在室温下测定其水相的中值粒径分布。
由于驱油剂的加入使得化学驱采出液稳定性增强，为比较不同的驱油剂对原油乳状液稳定性的影响程度，采用1.2.1中的实验方法，配制模拟乳状液，破乳剂BSE-238加入量为50 mg/L，驱油剂质量浓度为100 mg/L，结果见图 1。
从图 1可以看出，破乳剂BSE-238对无驱油剂的原油乳状液体系2 h的脱水率高于90%；驱油剂的加入使脱水率降低15%以上，表明化学驱原油乳状液更加稳定。加入相同质量浓度100 mg/L的驱油剂后乳状液脱水率由低到高的顺序是：二元驱体系、吡咯林、HPAM、无驱油剂。
根据脱水实验结果计算不同驱油剂对乳状液体系静态稳定性SV值的影响，结果见表 1。
表 1表明，加入不同驱油剂原油乳状液体系的SV值由大到小的顺序为二元驱体系、吡咯林、HPAM、无驱油剂，SV值越大，体系的静态稳定性越强。这可能是一般混合物形成的界面膜比单一物质更加紧密，二元驱体系因两种驱油剂之间的协同作用使原油乳状液的稳定性高于单一驱油剂的稳定性[8]。
分别配制质量浓度为200 mg/L的吡咯林、HPAM及二元驱原油乳状液体系，在50 ℃, 采用Brookfield DV-Ⅱ+Pro型黏度计，选用Rv4转子，转速为50 r/min，测定乳状液体系的黏度，结果见表 2。
由表 2可知，加入吡咯林后，原油乳状液的体系黏度并未发生明显的变化，而乳状液黏度随着HPAM加入大幅度增大，可见HPAM吸附于油珠表面，增加油水界面膜的强度和厚度，增加液膜的黏度来减慢排液过程，使油滴聚并困难，从而使乳状液稳定性增强，脱水率降低。吡咯林的加入并未影响体系的黏度，主要降低油水界面张力(见图 2)，从而增强乳状液的稳定性。由此可知，不同驱油剂对原油乳状液稳定性的影响机理不同[9]。
界面张力是与乳状液稳定性相关的重要参数，直接与表面活性剂在油水界面吸附相关，在原油化学破乳研究中被广泛使用[2]。
按1.2.3界面张力的测定方法，实验温度60 ℃，破乳剂BSE-238质量浓度为50 mg/L，测定不同质量浓度的HPAM、吡咯林和二元驱(HPAM和吡咯林质量浓度比为1:1)驱油剂与5%甲苯模型油的界面张力，测定的结果见图 2。
由图 2可知，驱油剂对界面张力的影响从大到小的顺序依次是：吡咯林、二元驱体系、HPAM。随HPAM质量浓度的增加，界面张力从21.91 mN/m降低到20.68 mN/m，影响较小。随吡咯林质量浓度的增加，界面张力从21.42 mN/m降至10.19 mN/m，降幅较大。油水界面张力越低，体系的吉布斯自由能降低越多，所形成的乳状液越稳定，因此表面活性剂残留使乳状液破乳困难。二元驱体系随质量浓度的增加，界面张力从21.50 mN/m降至14.72 mN/m，降幅也较大。二元驱体系不仅降低体系的油水界面张力，还因有HPAM的存在使体系黏度增加，造成二元驱体系破乳脱水更难。
方洪波等人[10]采用界面张力弛豫法研究复合驱体系和原油活性组分模拟油的界面扩张黏弹性质，研究发现，界面膜的弹性随HPAM的加入大大增强，界面弹性受表面活性剂与活性组分间的相互作用影响不大。这可以解释为什么HPAM对体系的油水界面张力无明显影响，却使脱水率大幅度降低，进而说明了不同驱油体系影响原油乳状液稳定性的机理不同。
取驱油剂对原油乳状液的稳定性实验中的下层水相，采用1.2.4的实验方法，测定了几种驱油剂质量浓度对水相电导率的影响，结果见图 3。
由图 3可以看出，体系的电导率均随着驱油剂质量浓度的增加而增加，体系的电导率由大到小的顺序是：二元驱体系、吡咯林、HPAM。这主要是因为在模拟水体系中含有大量的离子，HPAM水解产生的离子相对于吡咯林电离产生的离子要少得多，因而测得仅含HPAM体系溶液电导率值要小于单吡咯林体系。在二元驱体系中，两者形成了一定的聚集体结构。水溶性HPAM以圈状构型和表面活性剂胶团相结合，使得HPAM的亲水基团和表面活性剂的离子头以离子偶极相互作用；同时HPAM的疏水链段和基团“露置在外”的碳氢部分相互作用，从而起到屏蔽电荷和减少伸入水相面积的作用，这在能量上是非常有利的，增大了聚集体的离子解离程度[11]。因此，复合体系溶液电导率值大于两种单一驱油体系。
实验中Zeta电位的测定是对破乳以后水相体系的测定，水相体系中的油滴为水包油型，一般认为水包油乳状液以双电层为主，其绝对值越大，说明乳状液越稳定[11]。取驱油剂对原油乳状液的稳定性实验中的下层水相，采用1.2.4的实验方法，测定几种驱油剂质量浓度对水相油滴Zeta电位的影响，结果见图 4。
从图 4可以看出，几种驱油剂随着质量浓度的增加，Zeta电位的绝对值越来越大，因此其乳状液越来越稳定，脱水越来越困难，二元驱体系的Zeta电位绝对值最大，说明其乳状液也最稳定。Zeta电位绝对值由大到小顺序为二元驱体系、HPAM、吡咯林，所以二元驱体系的脱水率也最低，但吡咯林的脱水率较HPAM的高，再次证明两种驱油剂对乳状液的稳定机理不同。
取破乳脱水实验中的下层水相，考察不同驱油剂对乳状液破乳脱出水中的油含量及油滴中值粒径的影响，测定结果见表 3。
由表 3可知，加入不同驱油剂后，原油脱出水中油滴的中值粒径均变小。油滴粒径越小，其破乳过程中油滴的聚并越困难，油水分离也就越困难。加入不同驱油剂之后原油乳状液的液珠粒径由大到小的顺序为：无驱油剂、吡咯林、HPAM、二元驱体系，乳状液液珠粒径小，增加了油滴之间聚并难度，对应的脱水率由高到低的顺序也为无驱油剂、吡咯林、HPAM、二元驱体系。二元驱体系的脱水率仍是最低的，但吡咯林的脱水率较HPAM的高，与前面测定的Zeta值得出的结论相符合，从微观粒径的分析进一步验证了吡咯林和HPAM两种驱油剂对乳状液的稳定机理不同。
(1) 驱油剂的加入使乳状液体系的脱水率降低15%以上，SV值增大，原油乳状液的稳定性增强。乳状液脱水率由高到低的顺序是：无驱油剂、HPAM、吡咯林、二元驱体系，对应SV值由大到小的顺序为二元驱体系、吡咯林、HPAM、无驱油剂。
(2) 驱油剂的加入使乳状液体系电导率增大、Zeta电位负值增大，说明驱油剂的存在增强了乳状液体系的稳定性，并且驱油剂使体系脱出水中油含量明显升高，油滴粒径减小，使油滴聚并困难，增加了污水处理难度。
(3) HPAM对体系界面张力无明显影响，使体系黏度增大；吡咯林大大降低了体系的界面张力，对体系的黏度影响较小。不同驱油剂影响乳状液稳定性的机理不同，HPAM通过增大体系黏度增强其稳定性，吡咯林通过降低体系的界面张力使乳状液稳定性增强，两种驱油剂的共同作用，使二元驱采出液更加稳定。
2013, Vol. 42 Issue (2): 160-164
2013, Vol. 42 Issue (2): 160-164