趙春森，孔祥義，王玉星，江曉智（東北石油大學(xué)黑龍江大慶163318）

粒徑大小分布的影響因素研究*

趙春森，孔祥義，王玉星，江曉智
（東北石油大學(xué)黑龍江大慶163318）

本文通過(guò)穩(wěn)定分析儀、激光粒度測(cè)試對(duì)乳狀液的粒徑大小的影響因素進(jìn)行研究。研究表明：粒徑大小隨剪切速率先增加后趨于穩(wěn)定，濃度在0.3%時(shí)所得的乳狀液的分散度是相對(duì)來(lái)說(shuō)最好的，乳狀液加入不同濃度的聚合物時(shí)，可以看出加入500mg·L-1的聚合物的乳狀液的分散度是相對(duì)來(lái)說(shuō)最好的。

粒徑大??；剪切速率；乳狀液濃度；聚合物濃度

隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，世界對(duì)石油的需求量越來(lái)越大。提高石油采收率，充分利用有限的石油資源具有特別重要的意義[1-3]?；瘜W(xué)驅(qū)油技術(shù)中表面活性劑驅(qū)油是一類提高采收率效果好，使用范圍廣，具有發(fā)展?jié)摿Φ幕瘜W(xué)驅(qū)油技術(shù)。表面活性劑應(yīng)用于驅(qū)油對(duì)大幅度提高采收率起到了很大的作用[4，5]。本課題的主要研究目標(biāo)就是針對(duì)三次采油的采出水乳化體系，研究了不同條件下乳狀液穩(wěn)定性以及油田采出水粒徑大小分布規(guī)律，從而利用這些分析對(duì)以后的配制穩(wěn)定乳狀液和破乳提供一些幫助，為石油開(kāi)采提供一些理論基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料及儀器

實(shí)驗(yàn)用油為大慶原油，密度（20℃）0.8562g·cm-3；實(shí)驗(yàn)水樣為大慶三廠模擬地層水，密度為1.039g·cm-3；聚合物（相對(duì)分子質(zhì)量為1900萬(wàn)）。

Turbiscan Lab穩(wěn)定分析儀；數(shù)顯直流無(wú)級(jí)調(diào)速攪拌器；激光粒度測(cè)試儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

1.2.1 轉(zhuǎn)速對(duì)乳狀液粒徑大小分布的影響

（1）使用甜菜堿溶液分別與聚合物配制成乳狀液。配制40mL油水比1∶1的溶液，使用ULTRA-TURRAX T18digital分散機(jī)將其打混，轉(zhuǎn)速分別為3000、7500、10000r·min-1

（2）將打混好的乳狀液裝入樣品瓶中，用Turbiscan Lab穩(wěn)定分析儀測(cè)量乳狀液的粒徑大小。

（3）TURBISCAN LAB穩(wěn)定分析儀在45℃的恒溫條件下進(jìn)行測(cè)量，掃描頻率為1次·min-1，共計(jì)掃描120min。

1.2.2 表面活性劑濃度對(duì)乳狀液粒徑大小分布的影響

（1）先用200mL的燒杯來(lái)配制乳狀液，分別加入0.1%、0.2%、0.3%、0.5%的活性劑甜菜堿，然后分別加入1.2%的碳酸鈉，再加入98%的水，加入2%的原油，配制不同混合液4份。

（2）把混合好的混合液放在45℃的恒溫水浴中，并用數(shù)顯直流無(wú)級(jí)調(diào)速攪拌器對(duì)所配混合液以1500r·min-1攪拌5min。

（3）把攪拌好的乳狀液分別倒入分液漏斗中。在20、60和120min后取出分液漏斗下邊的乳狀液，用激光粒度測(cè)試儀測(cè)其粒徑。

1.3 聚合物濃度對(duì)乳狀液粒徑大小分布的影響

（1）母液配制：清水配制4500mg·L-1熟化2h。

（2）聚合物溶液配制：用清水稀釋配制的4500mg·L-1的母液至100、500、、2000mg·L-1。

（3）用配制好的聚合物溶液來(lái)制備乳狀液。把混合好的混合液放在45℃的恒溫水浴中，并用數(shù)顯直流無(wú)級(jí)調(diào)速攪拌器對(duì)所配混合液以1500r·min-1攪拌1min然后以500r·min-1的轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌1min如此攪拌直到攪拌夠10min為止。

（4）把攪拌好的乳狀液分別倒入分液漏斗中。在20min后取出分液漏斗下邊的乳狀液，用激光粒度測(cè)試儀測(cè)其粒徑。

2 結(jié)果與討論

2.1 剪切速率的影響

圖1 粒徑大小在不同剪切速率下的分布Fig.1 Distribution of particle size at different shear rates

從圖1中可以看出，在某一個(gè)轉(zhuǎn)速下，隨著時(shí)間的增加，粒徑大小先增大后趨于穩(wěn)定，時(shí)間繼續(xù)增加，粒徑也基本保持不變，這是由于剛開(kāi)始時(shí)，小液滴里面的壓力比大液滴里面的壓力大，小液滴會(huì)逐漸被大液滴所吞噬，使得乳狀液粒徑變大，直到乳狀液中只有大液滴存在，大液滴的壓力反而會(huì)越來(lái)越小，直到大液滴的壓力與小液滴的壓力達(dá)到平衡，乳狀液粒徑大小不再隨時(shí)間發(fā)生變化。在不同轉(zhuǎn)速下，隨著轉(zhuǎn)速的升高，粒徑大小逐漸變小后趨于穩(wěn)定，而且，當(dāng)轉(zhuǎn)速大于7500r·min-1后，剪切速率對(duì)粒徑大小的影響很小，基本保持不變。這是由于轉(zhuǎn)速增加，剪切力的作用變強(qiáng)，乳狀液所形成的液滴就越密集，就容易形成水包油溶液，使得乳狀液的脫水率降低，從而造成乳狀液中粒徑變小，直到乳狀液趨于穩(wěn)定，粒徑分布均勻且大小基本不變。

2.2 表面活性劑濃度的影響

表1 不同濃度活性劑所制備的乳狀液粒徑中值（μm）Tab.1 Median particle size of emulsion prepared by different concentration of active agent(unitμm)

由表1可看出粒徑中值D[v,0.5]的各個(gè)值相差并不是很大[7，8]，即隨著活性劑的濃度的不同，粒徑中值并沒(méi)有多大的變化。經(jīng)過(guò)分析可知，那些細(xì)微的變化可能是因?yàn)橛猩倭康母∮蛥⑷氲慕Y(jié)果。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，繪制在不同區(qū)間下的粒徑分布百分?jǐn)?shù)見(jiàn)圖2。

圖2 不同活性劑制備的乳狀液在不同區(qū)間下的粒徑分布Fig.2 Particle size distribution of emulsion with differentactive agents in different intervals

分析圖2我們可知，分布圖均呈現(xiàn)出較明顯的雙峰形態(tài)，過(guò)渡段比較平緩[9，10]。而且所得數(shù)據(jù)中的殘值分別為：0.536%、1.547%、0.422%、2.142%，根據(jù)殘值越小，乳狀液分散度越好的原則可得在活性劑是0.3%時(shí)所得的乳狀液是分散度最好的。

2.3 聚合物濃度的影響

表2 使用不同濃度的聚合物制備的乳狀液的粒徑中值（μm）Tab.2 Median particle size of emulsions prepared with different concentrations of polymer（μm）

由表2可看出,粒徑中值D[v,0.5]的各個(gè)值相差較大，即隨著聚合物濃度的增加，粒徑中值逐漸是變大的。同時(shí)，這也表明聚合物的加入使得乳狀液的粒徑加大。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，繪制在不同區(qū)間下的粒徑分布百分?jǐn)?shù)見(jiàn)圖3。

圖3 用不同聚合物制備的乳狀液在不同區(qū)間下的粒徑分布Fig.3 Particle size distribution of emulsion prepared with different polymers in different intervals

分析圖3可知，分布圖均呈現(xiàn)出不明顯的雙峰形態(tài)，顯示出接近于正態(tài)分布的形狀，而且是聚合物濃度越大，大粒徑的所占的比例越大，而且分布的越均勻，過(guò)渡段比較平緩。而且所得數(shù)據(jù)中的殘值分別為：2.088%、0.637%、0.644%、0.824%。根據(jù)殘值越小，乳狀液分散度越好的原則可得聚合物濃度是500mg·L-1聚合物所得的乳狀液分散度較好。

3 結(jié)論

（1）剪切速率低于7500r·min-1時(shí)，粒徑大小隨轉(zhuǎn)速增加而減小，大于7500r·min-1，粒徑大小基本保持不變。

（2）當(dāng)活性劑濃度不同時(shí)，可看出在濃度是0.3%時(shí)所得的乳狀液的分散度是相對(duì)來(lái)說(shuō)最好的。

（3）當(dāng)加入不同濃度的聚合物時(shí)，可以看出加入500mg·L-1的聚合物的乳狀液的分散度是相對(duì)來(lái)說(shuō)最好的。

［1］楊小莉,陸婉珍.有關(guān)原油乳狀液穩(wěn)定性的研究［J］.油田化學(xué), 1998,15（1）:87-96.

［2］張瑞成，等.常規(guī)處理油田采出水中顆粒物粒徑分布分析［J］.石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2007，18（2）：30-32.

［3］王竹青,葛圣松,邵謙.乳液聚合中乳膠粒粒徑大小及分布的影響因素［J］.膠體與聚合物,2008，（4）：28-31.

［4］焦學(xué)瞬,賀明波.乳狀液與乳化技術(shù)新應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.3-92.

［5］王世榮,李祥高,劉東志.表面活性劑化學(xué)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.32-39.

［6］候吉瑞.化學(xué)驅(qū)原理與應(yīng)用［M］.北京:石油工業(yè)出版社,1998.84 -95.

［7］王霞,潘成松,陳軍等.O/W型稠油乳狀液的靜態(tài)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)［J］.鉆采工藝,2009，32（6）：46-48.

［8］田英姿，陳克復(fù)，張恒.Malvern粒度儀的使用和測(cè)試分析［J］.中國(guó)造紙，2003,（12）：35-37.

Study on influence factors of particle size distribution*

ZHAO Chun-sen，KONG Xiang-yi，WANG Yu-xing，JIANG Xiao-zhi
（Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China）

In this paper,the factors affecting the particle size of the emulsion were studied by the stability analyzer and laser particle sizemeasurement.The research showed that the particle size increased with shear rate stabilized after dispersion of emulsion concentration in 0.3%when the income is relatively the best,adding different concentrations of polymer emulsion,emulsion dispersion can be seen entering 500mg·L-1polymer is for the best.

particle size;shear rate;emulsion concentration;polymer concentration

TE357

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170772

2017-03-27

國(guó)家自然基金（No.51374073）

趙春森（1964-），男，教授，博士后，研究方向：油藏?cái)?shù)值模擬及水平井滲流理論。

孔祥義（1992-），男，江蘇省沭陽(yáng)縣人，東北石油大學(xué)油氣田開(kāi)發(fā)專業(yè)，研究方向：油藏?cái)?shù)值模擬及水平井滲流理論。