环烷基石油磺酸盐复配体系微乳液性能评价.pdf
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1、集输处理阙庭丽等:环烷基石油磺酸盐复配体系微乳液性能评价*油气田地面工程 https:/环烷基石油磺酸盐复配体系微乳液性能评价*阙庭丽1,2吴丛文3云庆庆1,2帕提古丽麦麦提1,2邵洪志1,2常智勇3李凯1,2刘晓丽1,21中国石油新疆油田分公司实验检测研究院2新疆砾岩油藏实验室3中国石油新疆油田分公司陆梁油田作业区摘要:优选表面活性剂环烷基石油磺酸盐(KPS)和脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠(AEC-9)组成微乳液驱油体系,考察微乳液体系的油水界面张力、复配比例、中相微乳液配方、最佳盐浓度、最佳助表面活性剂、最佳醇浓度和驱油性能。实验结果表明,KPS/AEC-9微乳液复配体系在质量分数为 0.3%2
2、.0%范围内都可以达到超低界面张力;复配比例为 55时,形成的中相微乳液体积最大。随着 NaCl和正丁醇浓度的增大,微乳液相态经历 Winsor I型到 Winsor III型再到 Win-sor II 型的转变。在 KPS/AEC-9 复配体系质量浓度为 1%,复配比例为 55,NaCl 质量浓度为36 000 mg/L,正丁醇质量分数为 1.25%时,微乳液驱含水率最大降幅为 64.0%,提高采收率33.0%,显示出了良好的降水增油效果。关键词:环烷基石油磺酸盐;复配体系;中相微乳液;相态;驱油效率Evaluation of Microemulsion Properties of Naph
3、thenic Petroleum Sulfonate CompositeSystemQUE Tingli1,2,WU Congwen3,YUN Qingqing1,2,PATIGULIMaimaiti1,2,SHAO Hongzhi1,2,CHANG Zhiyong3,LI Kai1,2,LIU Xiaoli1,21Research Institute of Exploration and Detection of Xinjiang Oilfield Branch Company,CNPC2Xinjiang Conglomerate Reservoir Laboratory3Luliang O
4、ilfield Operation Area of Xinjiang Oilfield Branch Company,CNPCAbstract:The surfactant naphthenic petroleum sulfonate(KPS)and sodium fatty alcohol polyoxyeth-ylene ether carboxylate(AEC-9)are selected to form a microemulsion oil displacement system.The oil-water interfacial tension,compound ratio,mi
5、ddle phase microemulsion formula,optimal salt concen-tration,optimal cosurfactant,optimal alcohol concentration,and the oil displacement performance ofthe microemulsion system are investigated.The experimental results show that the KPS/AEC-9 micro-emulsion composite system can achieve ultra-low inte
6、rfacial tension in the range of 0.3%2.0%massconcentration.When the compound ratio is 5 5,the volume of the middle phase microemulsion isthe largest.With the increase of NaCl and n-butanol concentration,the phase state of the microemul-sion goes through the transition from Winsor I to Winsor III and
7、then to Winsor II.When the massconcentration of KPS/AEC-9 composite system is 1%,the compound ratio is 5:5,the NaCl massconcentration is 36 000 mg/L,and the n-butanol mass concentration is 1.25%,the maximum watercontent decrease of microemulsion flooding is 64%,and the oil recovery is improved by 33
8、.0%,whichshows a good effect of reducing water content and increasing oil recovery.Keywords:naphthenic petroleum sulfonate;composite system;middle phase microemulsion;phasestate;oil displacement efficiencyDOI:10.3969/j.issn.1006-6896.2023.08.003*基金论文:国家科技重大专项(2016ZX05010-004);新疆砾岩油藏实验室开放课题(2017D0402
9、3)。12第 42卷第 08期(2023-08)油气田地面工程 https:/集输处理微乳液驱是化学驱的一种,是以微乳液作为驱油剂的驱油技术,该技术可使原油采收率提高到80%90%1-2。中相微乳液是最理想的微乳液体系,具有较高的表界面活性和增溶能力3,通常是由表面活性剂、助剂、油和水或电解质水溶液在适当的比例下形成的外观为透明或半透明,具有热力学稳定的乳状液4-5。新疆油田驱油用表面活性剂环烷基石油磺酸盐(KPS)由环烷基原油经减二线馏分油磺化而成,与原油具有天然的相似相溶性,已应用在中国石油新疆油田分公司二元复合驱中6。但是 KPS是一种成分复杂的混合物,并且经测试其亲水亲油平衡值(HLB
10、)为 6.08,需要与其他表活剂复配来满足中相微乳液的要求。脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠(AEC-9)是一种温和、安全、易生物降解的多功能型阴离子和非离子复合型表面活性剂,由于其分子中含有乙氧基而具有良好的水溶性、抗硬水性、耐温耐盐性,近年来在油田的应用越来越广泛7-10。表面活性剂复配是提高微乳液性能、降低成本的有效手段,但目前关于 KPS复配形成微乳液的报道较少。本 研 究 以 KPS 与 ACE-9 复 配 形 成 微 乳 液 体系,考察了该体系的油水界面张力、复配比例、最佳盐浓度,在此基础上对助表面活性剂的种类进行优选,并确定了最佳醇浓度,研究了该体系的驱油性能。1实验1.1材料与仪器KPS
11、:活性物含量约为 30.0%(质量分数,下同),未磺化油为 8.9%,无机盐为 4.6%,平均相对分子质量为 452,新疆金塔集团有限公司;石蜡基油:饱和烃含量为 67.7%,芳香烃含量为 9.3%,胶质含量为 8.9%,沥青质为 2.2%,酸值为 0.6 mg/g,中国石油新疆油田分公司 B 油井;AEC-9:活性物含量 28.3%,上海楚星化工有限公司;正丙醇、异丙醇、正丁醇、正戊醇,NaCl 分析纯,天津市富宇精细化工有限公司;氯化钠:分析纯,天津市福晨化学试剂厂;人造砾岩岩心:尺寸3.8 cm30 cm,渗透率为 125.4 mD。SDT 型旋转滴超低界面张力仪:德国 KRUSS-Gm
12、bH 公 司;转 盘 式 混 匀 器:德 国 IKA 公 司;KS 4000i CS25 型 控 温 摇 床:德 国 IKA 公 司;UE600烘箱:德国 memmert公司。1.2实验方法(1)制备微乳液。称取 KPS、AEC-9、正丁醇和 NaCl 于带刻度的试管中,油水体积比为 55,用转盘式混匀器混合均匀后,放入 40 恒温箱中静置,每隔一段时间读取各相体积数,直到每相体积稳定,并记录每相体积界面刻度。(2)计算增溶参数。增溶参数定义为单位质量表面活性剂所增溶的油/水体积,公式为SPo=Vom(1)SPw=Vwm(2)式中:SPo、SPw分别表示增溶油和水的量,mL/g;Vo、Vw分别
13、表示增溶油和水的体积,mL;m表示表面活性剂的质量,g。(3)驱油实验测定步骤:将人造岩心抽空,用地层水饱和岩心,并在相同条件下使岩心饱和油,水驱至含水率 98%,注入微乳液体系,后续水驱至含水率 98%,计算微乳液体系提高采收率、含水率和剩余油饱和度。2结果与讨论2.1界面性能评价表面活性剂 KPS 和 AEC-9 及其复配体系质量浓度对界面张力的影响见图 1。从图 1 可以看出,三种体系的界面张力性能都较好。当浓度大于0.5%(质量分数,下同)后,KPS界面张力上升较快,AEC-9界面张力低于 KPS,这是由于 KPS属于阴离子表面活性剂,在水溶液中会电离,盐度对其物理化学性质有所影响,而
14、对阴-非离子表面活性剂的影响不大。此外,随着表活剂浓度的升高,KPS和 AEC-9的界面张力都有所上升,而复配体系的界面张力则变化不大,在浓度为 1%时界面张力最低,这是由于 AEC-9 比较容易与水形成氢键,可以减少 KPS分子在溶液内部发生自聚,同时,由于疏水相互作用使 KPS 和 AEC-9 复配体系中的胶束分子排列更紧密,形成稳定的混合胶束。2.2复配比例优选在 40 条件下,将表面活性剂浓度为 1%的KPS 和 AEC-9 按一定比例(01,28,73,55,37,10)进行复配,分别测试其油水界面张力和最大中相微乳液的体积,测试结果见表 1。KPS和 AEC-9复配体系形成的中相微
15、乳液体积均大于 KPS、AEC-9 单独形成的中相微乳液。当 KPS AEC-9 为 55 时,形成的中相微乳液体积最大,后续实验均按此配比进行。13集输处理阙庭丽等:环烷基石油磺酸盐复配体系微乳液性能评价*油气田地面工程 https:/图 1KPS和 AEC-9及其复配体系浓度对界面张力的影响Fig.1 Effects of concentrations of KPS and AEC-9 and theircompounded system on interfacial tension表 1表面活性剂复配比对中相微乳液的影响Tab.1 Effect of surfactant compoun
16、d ratio on mid-phasemicroemulsionKPS和 AEC-9的质量比012873553710界面张力/(10-3mNm-1)1.451.351.130.731.682.34最大中微乳体积/mL0.10.60.80.90.4Winsor 型2.3中相微乳液配方优选KPS/AEC-9 复配体系微乳液正交实验设计见表 2。其中 KPS/AEC-9复配体系、NaCl和正丁醇的量均为质量分数。表 2KPS/AEC-9复配体系微乳液正交实验设计Tab.2 Orthogonal experiment design of KPS/AEC-9compounded system micr
17、oemulsion水平123因素 AKPS/AEC-9复配体系的量/%0.511.5因素 BNaCl的量/%2.53.54.5因素 C醇的量/%0.7511.25微乳液体系油相、水相、中相微乳液的体积见表 3,正交实验结果见表 4。从表 3、表 4 可以看出,三个因素对中相微乳液影响度程度顺序为:KPS/AEC-9 复 配 体 系 正 丁 醇 NaCl。当 KPS/AEC-9 复配体系、NaCl、正丁醇加量分别为 1%、3.5%、1.25%时,微乳液接近最佳中相状态。表 4正交实验结果分析Tab.4 Analysis of orthogonal experimental results因素K1
18、K2K3RVm/WBHJ/(mLg-1)KPS/AEC-9复配体系64.0144.0124.080.0NaCl104.0114.0114.010.0正丁醇106.0102.0124.022.0V/mLKPS/AEC-9复配体系9.53.16.56.4NaCl6.36.26.60.4正丁醇6.77.35.12.22.4盐浓度对相态和增溶参数的影响在 40 条件下,表面活性剂浓度为 1%的 KPS和 AEC-9 按 55 的比例进行复配,对不同盐浓度下的复配体系进行盐度扫描,并通过公式(1)、公式(2)计算不同 NaCl 浓度下的微乳液增溶参数SPo及SPw(图 2)。由图 2 可以看出,微乳液随
19、着NaCl浓度的增加发生了从 Winsor型到 Winsor型再到 Winsor 型 的 转 化 过 程。当 NaCl 质 量 浓度 低 于 22 300 mg/L 时,随着盐浓度的增加,部分氯化钠会中和界面膜中的电荷,使微乳液液滴的双电层发生压缩,同时降低表面活性剂的临界胶束浓度,使胶束聚集数增加,提高了对油的增溶量,形 成 Winsor 型 微 乳 液。当 NaCl 质 量 浓 度 为22 30050 000 mg/L时,表面活性剂亲油亲水性达到平衡状态,形成连续油相、连续水相同时存在的双连续型即 Winsor型微乳液;当继续增加 NaCl浓度大于 50 000 mg/L 时,表面活性剂亲
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