甜菜碱体系对玉门油田界面张力影响规律研究

黄志刚，宋文玲，赵丽娟

甜菜碱体系对玉门油田界面张力影响规律研究

黄志刚，宋文玲，赵丽娟

（东北石油大学， 黑龙江 大庆 163318）

研究了新型甜菜碱表面活性剂复配体系对玉门油田油水界面张力的影响情况。通过使用Texas-500型界面张力仪,利用旋转滴法测定了甜菜碱表面活性剂的水溶液与玉门油田脱水原油之间的界面张力，讨论了活性剂浓度、碱的浓度、矿化度对甜菜碱复配体系油水界面张力的影响。实验结果表明: 该甜菜碱活性剂与其它助剂有很好的协同作用，选择合适的助剂与其复配可以很大程度上减少该甜菜碱活性剂的用量,降低经济成本。碱对界面张力的影响较大,当碱浓度为0.8%时，可以使该复配体系与玉门原油油水界面张力达到10-3mN/m。

甜菜碱表面活性剂；复配体系；界面张力

目前,化学驱油法以采油率最高、应用潜力最大受到全世界的广泛关注[1]。油田在经过一次开发和二次注水开发后,大量的残余油以孤岛状或薄膜状形式存在于地下储层中。对于那些存在于地下的残余油,主要受到毛管力和粘滞力的作用,采用表面活性剂驱降低油/水体系的界面张力是降低毛管力与粘滞力的有效方法之一,也是目前使用较广泛的一种方法。因此有关表面活性剂的研究一直是较为活跃的研究领域[2-4]。而玉门油田先后投入开发的有老君庙、鸭儿峡、石油沟、白杨河、单北、青西等六个油田,油田含油面积 60.4 km2,累计探明地质储量33 697万t,有油井1039口,2003年生产原油70万t,截止2005年底,累计产油3 054万t,地质储量采出程度为23.65%,可采储量的采出程度达77.33%[5]。为达到提高采收率的目的,进行了一系列的实验研究，筛选出了一种甜菜碱活性剂驱油体系,该驱油体系应用范围广泛，已经在大庆三类油层进行了试用，可以在不同条件下显著降低油/水界面张力值，达到预期的效果。为此，本文通过不同浓度甜菜碱活性剂与不同类型助剂、分散剂按一定比例复配，研究了表活剂体系浓度、碱和矿化度对该类表面活性剂油/水体系界面张力的影响规律，并确定了最佳体系配方以及适用于玉门油田的最佳条件。

1 实验部分

1.1 实验试剂及仪器

实验用油为玉门油田 F188井原油，油水密度差为0.14 g/cm3。助剂、分散剂、碳酸钠，化学药品均为分析纯试剂。据所给玉门油田矿化度数据表，其地层水总矿化度为11 764 mg/L，Ca2+浓度为915.4 mg/L，Mg2+浓度为1 632.4 mg/L（其主要离子含量、矿化度、水型见表1）。

对于矿化度较高的注入水样品，一般驱油用的表活剂如烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐、石油羧酸，其盐溶解性均不好，即使有部分溶解，其溶液的界面活性也很差，为此我们对新型甜菜碱活性剂与不同类型助剂进行了大量的复配试验，得到了一种溶解性和界面活性均较好的表面活性剂复配体系[6]。本文界面张力均在 21 ℃时测定，所涉及到界面张力值均取动态界面张力平衡值。

1.2 甜菜碱活性剂体系筛选与复配试验

1.2.1 甜菜碱活性剂类型

选用有效浓度分别为 15%，20%，25%的不同类型新型甜菜碱活性剂与一定量的地层水混合，稀释成浓度为0.05%的水溶液。将锥形瓶容器置于电磁振荡仪上将溶液搅拌均匀，测量其与玉门油田F188井原油的界面张力，观察其溶解性及界面张力变化规律，见表2。

通过筛选发现，浓度为25%的该类甜菜碱活性剂在玉门地层水中溶解性较好（但仍有少量油析出），且显示出较好的界面活性，因此我们通过与其他助剂的复配对其界面活性进行了进一步考察，试图改善其溶解性及界面活性。

1.2.2 甜菜碱活性剂浓度

将筛选出的有效浓度为25%的甜菜碱活性剂与一定量的模拟地层水混合，配制成浓度分别为0.05%、0.15%、0.3%和0.4%的甜菜碱表活剂溶液，与玉门油田 F188井原油混合均匀，测得其界面张力数据见表3。

由表3可知，随甜菜碱表活剂浓度增加，油水界面张力逐渐降低，但后期增幅较小。考虑到经济效益，推荐甜菜碱表活剂浓度为0.3%。

1.2.3 与助剂的复配试验

将配置好的水溶液（由正丙醇和蒸馏水以2∶1的比例配制而成）分别将浓度为100%的助剂R2-1，R2-2，R2-3，R2-4，R2-5，R2-6，EB20EO（原助活性剂）稀释为有效浓度为25%，再将有效浓度为25%的甜菜碱活性剂分别与稀释好的助剂以2∶1的比例进行复配，并将该复配体系分别稀释成浓度为0.05%、0.3%（该浓度为甜菜碱表活剂和助剂浓度之和）的水溶液，观察其溶解性，并测得界面张力数据，见表4。

从表4可以看出，除了个别浓度点外，甜菜碱活性剂与其他助剂复配后界面活性有明显改善。其中与助剂 R2-4复配后的效果最佳，随着浓度从0.05%增至 0.3%,界面张力逐渐下降。当浓度为0.05%时,平衡界面张力为 7.12×10-3mN/m-1,浓度为0.3%时,界面张力降低至6.40×10-3mN/m-1。复配后体系中存在的油相基本消失，溶解性变好。

1.2.4 与分散剂的复配试验

静置一段时间后可以观察到上述复配体系出现分层现象,为了防止絮凝分层，增加表活剂稳定性，选取以上配置好的总浓度为25%的甜菜碱活性剂和助剂R2-4的复配体系分别与相同浓度的分散剂1、分散剂2按不同比例（9∶1，8∶2,7∶3）进行复配，再稀释成总浓度为 0.05%的甜菜碱复配体系。复配后体系溶解性以及界面张力的结果见表5。

观察复配后的溶液可以发现，该甜菜碱活性剂复配体系与分散剂1复配后均出现分层现象，表活剂溶解性不佳，而与分散剂2复配后则消除了絮凝分层现象，增加了该复配体系的稳定性,并且当配比为9∶1时可以达到超低界面张力。

2 实验结果与讨论

2.1 表面活性剂复配体系界面活性和浓度的关系

为研究不同浓度表面活性剂复配体系界面张力变化，采用筛选后的甜菜碱表面活性剂体系分别稀释到总浓度为0.05%、0.15%、0.3%和0.4%，测得其与玉门油田F188井原油界面张力变化情况，见图1。

从图中可以看出，相同浓度甜菜碱表活剂体系下，随着时间的增加，界面张力先迅速降低又逐渐升高，最后趋于稳定；随着甜菜碱表活剂体系浓度的上升,初期界面张力值明显降低，后期随浓度增加界面张力值呈现先降低后增加的趋势。这是由于表面活性剂与原油间存在一个临界胶束浓度,当小于临界浓度时,吸附于油水界面的表面活性剂分子量少,随着表活剂浓度增大，界面间表活剂吸附量也相应增加，界面张力降低；当大于临界浓度时，油溶部分被增溶或者分布在油相中,相应降低了单个分子的浓度和水溶性表面活性剂的表面浓度,因此界面张力不降反而有所增加[7]。

2.2 碱的浓度对界面张力的影响

从上述实验中我们可以看出，单纯的甜菜碱活性剂复配体系与原油间很难形成 10-3mN/m数量级超低界面张力，必须加入一定的碱才能形成超低值[8]。为此，在25 mL不同浓度甜菜碱表活剂体系下分别加入0.1 g和0.2 g纯固体NaCO3（碱浓度分别为 0.4%和 0.8%），充分溶解，测试其与玉门油田F188井原油界面张力变化情况，见图2和图3。

从图2和图3可以看出，碱浓度相同时，同样可以得到随着甜菜碱活性剂体系浓度的增加界面张力逐渐降低。能够促进界面张力的降低。对比图1、图2和图3可以看出，不加碱时表活剂与原油的界面张力是6×10-2mN/m，而加碱后表活剂与原油的界面张力远远低于不加碱时的界面张力，可以达到8×10-3mN/m，并随着碱浓度的增加，界面张力降低。这是由于玉门原油一般是酸性原油，原油中酸性物质与水相中的碱反应，在其反应界面上生成界面活性物质，使界面张力进一步降低。

2.3 矿化度对界面张力的影响

为了确定该甜菜碱活性剂的适用性,特别是矿化度对活性剂性能的影响,本文根据目标储层注入水离子含量比例，分别配制不同矿化度的模拟地层水,用该模拟地层水分别配制浓度为0.05%、0.15%、0.3%的甜菜碱表活剂体系溶液，测定21℃条件下其油/水体系界面张力的变化规律，见表6。

从表6中可以看出,相同浓度甜菜碱表活剂体系下，随溶剂水矿化度的增大，油水界面张力升高，但当表活剂体系浓度相对较高时，矿化度对界面张力的影响较小，储层适应性较好。同时可以看出，浓度为 0.3%该表面活性剂体系在矿化度为 2 000～10 000 mg/L范围内,均可形成超低界面张力,表明该表面活性剂具有很好的抗盐性能。

3 结 论

（1）随甜菜碱表活剂浓度增加，油水界面张力值降低；助剂与分散剂的加入，可以大大降低表活剂的使用量，防止复配体系的絮凝沉淀。

（2）随甜菜碱表活剂体系浓度增加，油水界面张力稳定值呈现先下降后上升的趋势；随加入碱浓度增加，与原油中酸性物质但应生成活性物质，使界面张力进一步降低。

（3）当溶剂水矿化度在2 000 ～10 000 mg/L范围内，该甜菜碱表活剂体系仍能与原油形成超低界面张力，具有良好的抗盐性能。

（4）对于玉门油田储层流体性质，建议该甜菜碱表活剂体系总浓度为0.3%，碱浓度为0.8%，该配方可以达到油田要求的超低界面张力。

［1］ 贾忠伟,杨清彦,侯战捷,等.油水界面张力对三元复合驱驱油效果影响的实验研究[J].大庆石油地质与开发,2005,24(5):79-81.

［2］ 李干佐,沈强,郑立强.新型驱油用表面活性剂天然混合酸盐[J].油田化学,1999,19(1):58-59.

［3］ 刘军,徐桂英,李一鸣,等.十二烷基磺基甜菜碱与其它类型表面活性剂的相互作用[J].山东大学学报(理学版),2005,40(3): 90-94.

［4］ 张志庆,徐桂英,肖莉,等.十二烷基甜菜碱/十二烷基硫酸钠复配体系与原油间的界面张力[J].山东大学学报(理学版), 2002, 37(2): 153-157.

［5］ 李道山,刘忠福.牺牲剂降低表面活性剂吸附损失研究[J].大庆石油地质与开发, 2000, 19(3):20-23.

［6］ 吴文祥,闫伟.刘春德.磺基甜菜碱 BS11的界面特性研究[J].油田化学,2007,24(1):57-59.

［7］ 张逢玉,卢艳,韩建彬.表面活性剂及其复配体系在三次采油中的应用[J].石油与天然气化工,1999,28(2):130-132.

［8］ 赵国玺.表面活性剂物理化学[M].北京:北京大学出版社,1991.

Research on Effect of Betaine Surfactant on Yumen Oil Interfacial Tension

HUANG Zhi-gang，SONG Wen-ling，ZHAO Li-juan
（Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China）

Effect of a new type of betaine surfactant compound system on oil-water interfacial tension in the yumen oilfield was studied. Through use of Texas-500 interface tensiometer, spinning drop method was applied to determine the interfacial tension between betaine surfactant aqueous solution and dehydrated crude oil from yumen oilfield, the influence of the surfactant concentration, alkali concentration, and salinity on the interfacial tension of betaine distribution system was discussed. The experimental results show that: the betaine surfactant has good synergy with other additives, compounding suitable auxiliaries and betaine surfactant can largely reduce the quantity of the betaine surfactant to reduce the economic cost;the influence of alkali on the interfacial tension is bigger, when the alkali concentration is 0.8%, the oil/water interfacial tension between the betaine surfactant compound system and Yumen crude oil reaches 10-3mN/m.

Betaine surfactant; Composite system; Interfacial tension

TE 357

： A

： 1671-0460（2015）04-0907-04

2014-11-17

黄志刚，男，硕士研究生，主要从事提高原油采收率方面研究。E-mail：zhigangjiayou@sina.com。

宋文玲，女，黑龙江大庆人，副教授，主要从事提高原油采收率方面研究。E-mail：wenling417@126.com。