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高壓CO2對(duì)表面活性劑水溶液與原油界面張力、原油乳化的影響——摘要、實(shí)驗(yàn)部分
來源：石油化工 瀏覽 810 次 發(fā)布時(shí)間:2024-12-26
表面活性劑水溶液與CO2交替注入（SAG）驅(qū)油過程中，表面活性劑可降低油水兩相界面張力，同時(shí)乳化原油，進(jìn)而提高原油的采收率。在油藏條件下，CO2在油水兩相有較高的溶解度，因此探究高壓CO2存在條件下，表面活性劑水溶液/原油體系中油水界面張力及原油的乳化情況具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。李賓飛等測(cè)量了不同溫度與壓力下，原油/碳酸水的界面張力，發(fā)現(xiàn)CO2降低了原油/純水的界面張力。Mahboob等研究了恒定溫度、不同壓力下，飽和CO2的含氟表面活性劑鹽溶液與阿拉伯脫氣原油間的界面張力隨壓力的變化情況，但CO2的加入是否有利于降低表面活性劑水溶液與原油的界面張力，在文中未做探討。陰離子型表面活性劑的表面活性來自于其在水中解離出的陰離子，多用于表面帶負(fù)電荷的砂巖儲(chǔ)層中；陽離子型表面活性劑的表面活性來自于其水解產(chǎn)生的陽離子，多用于表面帶正電荷的碳酸鹽巖儲(chǔ)層中。
本工作測(cè)量了30℃和50℃下、CO2壓力0.1～10.0 MPa范圍內(nèi)，磺酸鹽型陰離子表面活性劑水溶液、季銨鹽型陽離子表面活性劑水溶液與風(fēng)城超稠原油的界面張力，研究了高壓CO2對(duì)表面活性劑水溶液與原油界面張力以及原油乳化情況的影響，為設(shè)計(jì)、篩選SAG所用表面活性劑提供相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1原料
高純CO2：99.95%（φ），法國液化空氣集團(tuán)；十二烷基三甲基氯化銨（DTAC）、十烷基三甲基溴化銨（DeTAB）、十二烷基磺酸鈉（SDS）：含水1%（w），阿達(dá)瑪斯試劑有限公司。表面活性劑分子結(jié)構(gòu)見表1。實(shí)驗(yàn)用表面活性劑水溶液均為1.0%（w），實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。
風(fēng)城超稠原油：密度966.7 kg/m3（50℃），黏度1 259 mm2/s（50℃）；四組分分析結(jié)果為飽和烴41.49%（w），芳香烴23.14%（w），膠質(zhì)23.94%（w），瀝青質(zhì)11.43%（w）。
表1表面活性劑分子結(jié)構(gòu)
1.2實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)裝置為自主搭建的高溫高壓界面張力儀，工藝流程見圖1。該裝置包括氣液注入模塊，溫壓控制模塊，高溫高壓可視模塊及數(shù)據(jù)采集模塊。高壓可視釜體積50.0 mL。操作溫度上限100℃，操作壓力可達(dá)25.0 MPa。
圖1界面張力裝置
1.3實(shí)驗(yàn)方法
界面張力的測(cè)量：采用懸滴法進(jìn)行測(cè)量，精度可達(dá)0.01 mN/m。原理是通過分析懸滴輪廓，根據(jù)Young-Laplace equation計(jì)算出兩相界面張力。利用公式（1）計(jì)算得到界面張力。
式中，γ為兩相界面張力，N/m；R0為液滴的頂點(diǎn)曲率半徑，m；g為重力加速度，9.8 m/s2；Δρ為兩相密度差，kg/m3；β為液滴的形狀因子。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，利用實(shí)驗(yàn)裝置重復(fù)3次測(cè)量25℃常壓下純水與空氣的界面張力，得到的結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)值偏差在±1%以內(nèi)，說明實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠。
溶液/CO2/原油體系界面張力的測(cè)量：高壓可視釜內(nèi)注入45 mL表面活性劑水溶液，以CO2置換釜內(nèi)空氣。升溫至目標(biāo)溫度，向釜內(nèi)注入CO2氣體至一定壓力。當(dāng)壓力每小時(shí)下降幅度小于0.01 MPa時(shí)，則認(rèn)為溶液完全飽和CO2，記錄此時(shí)釜內(nèi)的壓力。向高壓可視釜內(nèi)注入原油，直到針頭底部形成飽滿油滴。錄制油滴動(dòng)態(tài)變化過程，直到界面張力和油滴體積達(dá)到穩(wěn)定值，圖像存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，用于計(jì)算界面張力以及油滴體積。改變體系壓力，重復(fù)上述步驟。
溶液/原油體系界面張力測(cè)量：向高壓可視釜內(nèi)注入50 mL表面活性劑水溶液，升溫至目標(biāo)溫度，利用高壓恒流泵向可視釜內(nèi)繼續(xù)注入表面活性劑水溶液至目標(biāo)壓力。注入一滴飽滿油滴，錄制油滴動(dòng)態(tài)變化過程，直到界面張力和油滴體積達(dá)到穩(wěn)定值，計(jì)算兩相的動(dòng)態(tài)界面張力以及油滴體積，改變體系壓力，重復(fù)上述步驟。
每個(gè)條件下重復(fù)測(cè)量3滴原油的界面張力，將平衡界面張力取平均值，相對(duì)誤差在±2%以內(nèi)。