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，酯類水解后會(huì)生成長(zhǎng)鏈酸，大大降低界面張力。