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東辛原油酸性活性組分油水界面張力、動(dòng)態(tài)界面擴(kuò)張流變性質(zhì)研究(一)

來(lái)源:石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào) 瀏覽 22 次 發(fā)布時(shí)間:2025-06-18

摘要:提高石油采收率的生產(chǎn)實(shí)踐涉及諸多界面現(xiàn)象,其中油水乳狀液的形成與驅(qū)替原油的效率密切相關(guān),而采出乳狀液的破乳則一直是油田生產(chǎn)中的難題。原油中的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)及環(huán)烷酸等極性物質(zhì)是天然的界面活性物質(zhì),它們能夠吸附在乳狀液的油水界面上,形成牢固的界面膜,這些界面膜給乳狀液液滴聚并造成了不同程度的障礙]。原油乳狀液的穩(wěn)定和破乳與諸多因素有關(guān),如兩相組成與比例、粒徑大小及分布、溫度、界面張力以及界面膜的性質(zhì)等,其中界面張力與界面膜強(qiáng)度對(duì)于乳狀液的形成、穩(wěn)定及破乳起著至關(guān)重要的作用。界面擴(kuò)張流變參數(shù)是界面動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù),通過(guò)擴(kuò)張流變的研究,可以獲得界面上分子排布、分子間相互作用和超分子聚集體的信息,表征界面膜的強(qiáng)度。文獻(xiàn)中針對(duì)原油活性組分已經(jīng)進(jìn)行過(guò)擴(kuò)張流變的研究,但考察其與地層水間的相互作用的研究還比較缺乏。


本文采取四組分分離方法(SARS)得到飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì),利用醇?jí)A萃取法得到酸性活性組分,系統(tǒng)研究了這五類(lèi)原油活性組分與東辛地層水間的界面張力及界面擴(kuò)張流變性質(zhì),有助于深入理解原油乳狀液的界面膜穩(wěn)定機(jī)理。


1實(shí)驗(yàn)部分


1.1實(shí)驗(yàn)原料


實(shí)驗(yàn)原料為勝利油田東辛采出原油。航空煤油為北京化學(xué)試劑公司,室溫下與重蒸后的去離子水的界面張力約為40 mN/m;實(shí)驗(yàn)用水為經(jīng)重蒸后的去離子水配制的東辛地層模擬水,其主要成分見(jiàn)表1。


1.2原油活性組分分離


1.2.1原油組分分離采用SARA四組分分離方法得到飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。采用醇?jí)A萃取法分離得到酸性組分。

表1東辛地層模擬水成分


1.2.2原油組分元素分析用ElementarVario EL(Germany)元素分析儀器測(cè)定原油中各組分元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù),結(jié)果見(jiàn)表2。

表2原油中各組分元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)


從表2可以看出,東辛原油的飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)組分的nH/nC依次降低,說(shuō)明各組分環(huán)狀結(jié)構(gòu)、芳環(huán)結(jié)構(gòu)、不飽和度依次增加,尤其從飽和分到芳香分不飽和度增加最快。從表2還可以看出,飽和分中不含雜原子N,這也正是飽和分極性較小的原因;芳香分中N元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.21%,低于膠質(zhì)和瀝青質(zhì)中N元素的含量。酸性組分的nH/nC較為接近飽和分,說(shuō)明其中以脂肪酸為主。


東辛原油中飽和分的nH/nC為1.97,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為81.57%;而文獻(xiàn)報(bào)道的勝利勝采原油飽和分的nH/nC為1.89,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40.4%。這說(shuō)明東辛原油中以長(zhǎng)碳鏈的烷烴為主。


1.3界面擴(kuò)張流變性質(zhì)測(cè)量


采用法國(guó)IT-CONCEPT公司生產(chǎn)的TRACKER擴(kuò)張流變儀,利用滴外形分析方法測(cè)定動(dòng)態(tài)界面張力;同時(shí),通過(guò)對(duì)懸掛液滴的振蕩,測(cè)定界面擴(kuò)張流變性質(zhì)。


本文中所有實(shí)驗(yàn)溫度均控制在(30.0±0.1)℃,擴(kuò)張形變?yōu)?0%(ΔA/A,ΔA為形變面積,A為界面面積);水相為重蒸后的去離子水配制的東辛地層模擬水,油相為航空煤油配制的不同濃度瀝青質(zhì)和酸性組分溶液。


2結(jié)果與討論


2.1原油組分的油水界面張力


原油活性組分具有一定的界面活性,可以在油水界面上吸附,從而降低界面張力。本文中的原油活性組分與東辛模擬水的油水界面張力都表現(xiàn)出類(lèi)似的動(dòng)態(tài)行為,因此,實(shí)驗(yàn)以膠質(zhì)組分作為代表。圖1為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)膠質(zhì)模擬油與東辛模擬水的動(dòng)態(tài)界面張力。

圖1不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)膠質(zhì)模擬油的油水動(dòng)態(tài)界面張力


由圖1可以看出,不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的膠質(zhì)模擬油的界面張力均隨時(shí)間變化不斷降低,直到達(dá)到平衡;且濃度越大,界面張力平衡值越低。一般來(lái)說(shuō),隨著時(shí)間的延長(zhǎng),活性分子會(huì)不斷吸附到油水界面上,導(dǎo)致界面張力值逐漸降低,最終達(dá)到吸附與脫附的動(dòng)態(tài)平衡,界面張力值基本不變。同時(shí),從圖1中還可以發(fā)現(xiàn),油水界面張力達(dá)到穩(wěn)態(tài)平臺(tái)值的時(shí)間隨濃度增大逐漸縮短。這可以解釋隨濃度增大,界面與體相間的擴(kuò)散交換加快,界面吸附層達(dá)到平衡的時(shí)間縮短。


不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)芳香分、飽和分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和酸性組分與東辛模擬水的界面張力穩(wěn)態(tài)值隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化見(jiàn)圖2。

圖2原油組分的油-水界面張力穩(wěn)態(tài)值隨其質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)數(shù)的變化


從圖2可以看出,對(duì)于不同原油活性組分,油-水界面張力均隨組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而降低;酸性組分是界面活性最強(qiáng)的組分,油-水界面張力降低最多,平衡時(shí)界面張力值只有5 mN/m左右;由于膠質(zhì)中富含酸性組分,其界面張力明顯低于飽和分、芳香分和瀝青質(zhì);盡管瀝青質(zhì)是重要的成膜物質(zhì),但其降低界面張力能力較弱,平衡時(shí)界面張力還高達(dá)23mN/m左右。


模擬油中飽和分濃度較高時(shí),其與模擬水間的界面張力顯著降低,甚至接近膠質(zhì)模擬油的界面張力。從元素分析的結(jié)果就可以看出,東辛原油飽和分含量較高,且nH/nC高達(dá)1.97,說(shuō)明其中可能富含蠟組分,而蠟組分中存在高級(jí)脂肪酸和長(zhǎng)鏈脂肪醇形成的酯。東辛地層水中含有較多的HCO-3,溶液呈弱堿性,酯類(lèi)水解后會(huì)生成長(zhǎng)鏈酸,大大降低界面張力。